Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en
Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg
SIG aplicado a la zonificación de la amenaza por deslizamientos en la ciudad de Quito, Ecuador GIS applied to landslide hazard zoning in Quito, Ecuador by/por
Jenny Alexandra Salazar Sáenz 1223171
A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)
Quito-Ecuador, Agosto de 2016
COMPROMISO DE CIENCIA Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.
Quito, Agosto de 2016
RESUMEN
Los deslizamientos son comunes en los Andes del Ecuador, produciendo serios y continuos daños, desafortunadamente solo pocos estudios se han realizado en la ciudad de Quito. El aumento de la población en torno a la capital, es alarmante sobre todo cuando se presentan fenómenos naturales tales como sismos, inundaciones, deslizamientos, etc. Para minimizar los efectos devastadores de los deslizamientos, es necesario caracterizar la amenaza del área de estudio. Los análisis geológicos, geomorfológicos, hidrológicos, sísmicos, de cobertura vegetal y de precipitación son fundamentales en los estudios de susceptibilidad y amenaza. Para desarrollar estudios de análisis de la amenaza por deslizamientos, los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son la herramienta adecuada para realizar un análisis más exacto. En este estudio se evalúa la exposición a la amenaza por los deslizamientos haciendo uso de un SIG, que integra factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos y técnicas de evaluación multicriterio. El método heurístico es un método cualitativo basado en la combinación de mapas ponderados de los parámetros más significativos desde el punto de vista de la inestabilidad. Este método es el que mejor se ajusta a las características y datos del área de estudio. Se ha utilizado una escala 1:50,000, obteniéndose un mapa de amenaza por deslizamientos con cierto nivel de incertidumbre debido principalmente a que no se pudo realizar una validación en campo, sin embargo éste puede ser utilizado como referencia para orientar estudios a escalas más detalladas, con el fin de conocer de forma pormenorizada las propiedades del suelo y los factores que influyen en la estabilidad de éste. El mapa muestra las áreas donde se debe restringir la construcción de viviendas e infraestructura por ser zonas de media, alta y muy alta susceptibilidad al deslizamiento. El mapa señala la parte oeste y sur de la ciudad como zonas de amenaza media, alta y muy alta, mientras que hacia la parte noreste de la ciudad la amenaza a los deslizamientos es de muy baja a media. Además, se pudo estimar que aproximadamente 214,718 habitantes se encuentran en una zona de alta y muy alta amenaza por deslizamientos. En este sentido, se deben tomar decisiones informadas orientadas a la mitigación del riego.
Palabras claves: Deslizamientos, susceptibilidad, amenaza, precipitación, exposición.
ABSTRACT
Landslides are common phenomena in the Ecuadorian Andes, often resulting in severe damages of lives and infrastructure. However, only a few studies have been done for the City of Quito in this respect. Population growth in the area of the Ecuadorian Capital is a decisive factor considering natural phenomena such as earthquakes, floods, and landslides present in this area. To minimize the devastating effects of landslides, it is necessary to characterize the level of susceptibility to this phenomenon in the study area. In order to mitigate landslide hazard in the study area, an integrative analysis including geological, geomorphological, hydrological, and seismic parameters, as well as vegetation cover, earthquake incidents and precipitation patterns is urgently needed. Hence, this study evaluates susceptibility and hazard for landslides using GIS applying multi-criteria evaluation techniques on a scale of 1:50 000. Result of this investigation is a landslide hazard map for Quito with some level of uncertainty mainly due to a lack of validation of analysis results in the field, especially regarding soil parameters. However, it may be used as a reference for more detailed studies. The final map gives an indication where new settlements and infrastructure should be restricted due to its high level of susceptibility to landslides. The map delineates the western and southern areas of the city as medium, high and very high hazard zones, while the northeastern part of the city shows a very low to medium hazard level. Furthermore, it is estimated that approximately 210 000 inhabitants live in a zone from high to very high landslide hazard. In this sense, informed decisions aimed at risk mitigation should be made by the responsible authorities.
Key words: landslides, susceptibility, hazard, precipitation, exposition.
TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 5 1.1.
ANTECEDENTES ........................................................................................ 6
1.2.
OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ................................... 7
1.2.1.
Objetivo general .................................................................................... 7
1.2.2.
Objetivos específicos ............................................................................ 7
1.2.3.
Preguntas de investigación ................................................................... 8
1.3.
HIPÓTESIS .................................................................................................. 8
1.4.
JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 8
1.5.
ALCANCE ................................................................................................... 10
2. REVISIÓN DE LITERATURA ............................................................................ 12 2.1.
MOVIMIENTOS EN MASA......................................................................... 12
2.2.
FACTORES CONDICIONANTES Y DESENCADENANTES DE LOS DESLIZAMIENTOS .................................................................................... 12
2.3.
EVALUACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA .................................. 14
2.4.
ESTIMACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS DESLIZAMIENTOS .... 16
2.4.1.
Métodos heurísticos ............................................................................ 19
2.4.2.
Métodos estadísticos........................................................................... 26
2.4.3.
Métodos determinísticos ..................................................................... 27
2.5.
ACTIVIDAD ANTRÓPICA .......................................................................... 31
3. METODOLOGÍA ................................................................................................ 34 3.1.
ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................... 34
3.1.1.
Condiciones climáticas ........................................................................ 36
3.1.2.
Caracterización geológica general ...................................................... 38
3.1.3.
Fallas geológicas ................................................................................. 38
3.1.4.
Formaciones geológicas y depósitos superficiales ............................. 39
3.1.5.
Geomorfología ..................................................................................... 42
3.1.6.
Red hidrográfica .................................................................................. 45
3.1.7.
Cobertura vegetal ................................................................................ 46
3.2.
MÉTODO HEURÍSTICO ............................................................................ 49
3.3.
ANÁLISIS DE LOS DATOS........................................................................ 52
3.3.1.
Pendientes........................................................................................... 53
3.3.2.
Red hidrográfica .................................................................................. 53
3.3.3.
Litología ............................................................................................... 54
3.3.4.
Fallas geológicas ................................................................................. 55
3.3.5.
Cobertura vegetal ................................................................................ 56
3.3.6.
Precipitaciones .................................................................................... 56
3.3.7.
Ponderación de variables .................................................................... 57
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................... 60 4.1.
RESULTADOS ........................................................................................... 60
4.1.1.
Pendientes........................................................................................... 60
4.1.2.
Red hidrográfica .................................................................................. 62
4.1.3.
Litología ............................................................................................... 63
4.1.4.
Fallas geológicas ................................................................................. 64
4.1.5.
Cobertura vegetal ................................................................................ 65
4.1.6.
Precipitaciones .................................................................................... 66
4.1.7.
Susceptibilidad a los deslizamientos................................................... 67
4.1.8.
Actividad antrópica .............................................................................. 68
4.1.9.
Amenaza a los deslizamientos ............................................................ 70
4.1.10.
Cuantificación de la población expuesta a la amenaza ...................... 70
4.2.
DISCUSIÓN ................................................................................................ 72
5. CONCLUSIONES .............................................................................................. 82 6. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 85 7. REFERENCIAS ................................................................................................. 87
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Número de deslizamientos por año (1973-2014). ................................... 10 Figura 2. Ubicación del área de estudio. ................................................................ 35 Figura 3. Principales rasgos morfo-estructurales de los Andes de Ecuador .......... 36 Figura 4. Mapa de precipitación promedio anual del área de estudio. ................... 37 Figura 5. Ubicación de las fallas de Quito. ............................................................. 38 Figura 6. Mapa geológico de la ciudad de Quito. ................................................... 41 Figura 7. Mapa de elevación de la ciudad de Quito. .............................................. 42 Figura 8. Esquema tectónico simplificado de la cuenca de Quito. ......................... 44 Figura 9. Mapa de pendientes de la ciudad de Quito. ............................................ 45 Figura 10. Red hidrográfica del área de estudio ..................................................... 46 Figura 11. Mapa de cobertura vegetal…………...................................................... 47 Figura 12. Esquema general del análisis ………… ................................................ 52 Figura 13. Mapa de actividad antrópica,zona urbana y vías externas…………..... 59 Figura 14. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Pendientes……… ... 61 Figura 15. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Red hidrográfica….. 62 Figura 16. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Litología………… .... 63 Figura 17. Mapa dereclasificación del factor condicionante: Fallas geológicas ..... 64 Figura 18. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Cobertura vegetal ... 65 Figura 19. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Precipitación ........... 66 Figura 20: Mapa de susceptibilidad a los deslizamientos ....................................... 67 Figura 21. Mapa de reclasificación del factor: Actividad antrópica - vías ............... 68 Figura 22. Mapa de reclasificación del factor: Actividad antrópica - zona urbana . 69 Figura 23. Mapa de amenazas por deslizamientos ................................................ 71
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Factores condicionates en fenómenos de remoción en masa. ................ 13 Tabla 2. Clasificación del factor litológico y valoración de la susceptibilidad. ........ 22 Tabla 3. Valoración de la susceptibilidad litológica para macizos rocosos ............ 22 Tabla 4. Valoración de la susceptibilidad litológica pare el caso de suelos. .......... 23 Tabla 5. Clasificación mapa de pendientes Método MVM...................................... 24 Tabla 6. Clasificación de lluvias extremas. ............................................................. 25 Tabla 7. Censo poblacional del cantón Quito (1990 y 2010) .................................. 32 Tabla 8. Densidad poblacional del cantón Quito por parroquias…………… .......... 33 Tabla 9. Proyección poblacional hasta 2020 para el cantón Quito ........................ 33 Tabla 10. Clasificación del ángulo de pendiente para mapas geomorfológicos. ... 44 Tabla 11. Descripción del tipo de cobertura vegetal del área de estudio. .............. 49 Tabla 12. Variables usadas en este estudio. .......................................................... 51 Tabla 13. Reclasificación del factor condicionante: Pendiente .............................. 53 Tabla 14. Reclasificación del factor condicionante: Red hidrográfica. ................... 54 Tabla 15. Reclasificación del factor condicionante: Litología ................................. 54 Tabla 16. Reclasificación del factor condicionante: Fallas geológicas ................... 55 Tabla 17. Reclasificación del factor condicionante:Cobertura vegetal ................... 56 Tabla 18. Reclasificación del factor: Precipitación.................................................. 57 Tabla 19. Valores de ponderación según variable ................................................. 57 Tabla 20. Reclasificación de la actividad antrópica ................................................ 58
ACRÓNIMOS
ADMC
Análisis de Decisiones Multicriterio.
ARM
Análisis de Regresión Múltiple.
CAF
Corporación Andina de Fomento.
DINAGE
Dirección Nacional de Geología.
DMQ
Distrito Metropolitano de Quito.
DNGM
Dirección Nacional de Geología y Minas.
ECHO
Departamento de Ayuda Humanitaria y Protección Civil de la Comisión Europea.
EPN
Escuela Politécnica Nacional.
GPS
Sistemas de Posicionamiento Global.
IGM
Instituto Geográfico Militar.
INAMHI
Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología.
INEC
Instituto Nacional de Estadística y Censos.
JTC
Joint Technical Committee.
MAGAP
Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca.
MAM
Modelo de Análisis Multicriterio.
MSD
Mapas de Susceptibilidad de Deslizamientos.
OEA
Organización de Estados Americanos.
PSI
Persistent Scatterers Interferometry.
SENPLADES Secretaria Nacional de Planificación y Desarrollo. SGR
Secretaría de Gestión de Riesgos.
SIG
Sistemas de Información Geográfica.
SMC
Simulación Monte Carlo.
SNI
Sistema Nacional de Información.
TIN
Triangulated Irregular Networks.
UNISDR
Oficina de las Naciones Unidas para la Reducción del Riesgo de Desastres.
UVI
Índice Ultra Violeta.
1. INTRODUCCIÓN
El Ecuador al estar situado en una zona de alta complejidad tectónica, como es el punto de encuentro de las placas de Nazca y Sudamericana; y formar parte del denominado “Cinturón de Fuego del Pacífico”, cuenta con una larga serie de volcanes en su mayoría activos. Esto a su vez implica un elevado grado de exposición a la amenaza por fenómenos de remoción en masa. El área de estudio al encontrarse localizada en el valle de Quito, en las faldas orientales del estratovolcán activo Pichincha, entre 2800 y 3100 msnm; presenta zonas montañosas muy susceptibles a sufrir problemas por deslizamientos. En esta zona se reúnen cuatro de los factores más importantes para la ocurrencia de estos procesos gravitacionales: Topografía, sismicidad, meteorización y lluvias intensas (Suárez, 2002). El uso de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) para construir bases de datos espaciales, constituye una herramienta fundamental, que ofrece e integra cada vez más aplicaciones técnicas para la gestión y procesamiento de datos espaciales. La teledetección se ha convertido en los últimos años en una herramienta imprescindible en numerosos ámbitos de nuestra sociedad. Son muchos los ejemplos de su aplicación como base para la toma de decisiones en la gestión eficiente de la agricultura, recursos naturales, meteorología, ordenamiento territorial y elaboración de cartografía, entre otros. La combinación de los SIG y teledetección contribuye a prevenir y mitigar el riesgo por deslizamientos, permitiendo generar cartografía de la amenaza. En la actualidad el desarrollo territorial de la urbe está creciendo drásticamente y la gestión de riesgos contemplada
en
el
Plan
Metropolitano
de
Desarrollo
2012-2022,
puede
complementarse con información de zonificación de amenazas por deslizamientos en la ciudad de libre acceso. 5
1.1. ANTECEDENTES
Los deslizamientos se encuentran entre los procesos geológicos más destructivos, que causan muertes y daños materiales; sin embargo, muy pocas personas son conscientes de este problema. No obstante, el 90% de las pérdidas por deslizamientos serían evitables si el problema se identificará con anterioridad con base en estudios de amenaza, y se tomaran medidas de prevención y/o mitigación (Montiel, 2009). Al estar involucrada la pérdida de vidas es relevante para todos los gobiernos el contar con la planificación apropiada para enfrentar este tipo de amenazas. En América Latina, los deslizamientos han dejado cifras muy altas de víctimas y pérdidas materiales, ya que un sinnúmero de asentamientos humanos se localizan al pie de escarpes montañosos y en laderas desestabilizadas. En marzo de 1993, se produjo un deslizamiento, conocido como el deslizamiento de La Josefina en el cerro conocido localmente como Cerro Tamuga (Leone y Velásquez, 2002). Este cerro está ubicado en la ladera sur del Monte Parquiloma que se encuentra a 2,819 msnm y forma la margen norte del Río Paute, a aproximadamente 20 km al noreste de la ciudad de Cuenca, en la Región Andina del Ecuador (Beltrán, 1993 citado en Tambo, 2001). Se deslizaron aproximadamente 30 millones de metros cúbicos de tierra y rocas. El alud represó las aguas, aproximadamente 200 millones de metros cúbicos se acumularon en el sector, en el lapso de un mes. La magnitud de la tragedia fue tan grande que, un mes después, las autoridades no podían precisar el número de víctimas y la magnitud de los daños. En 1976, en Honduras, ocurrieron unos 500,000 deslizamientos como consecuencia del huracán Mitch (Harp, Castañeda y Held, 2002), mientras que como resultado del mismo evento 2,500 personas murieron en Nicaragua por un gran flujo de detritos (Scott, 2000). En El Salvador, en el año 2001, se produjo un terremoto que generó más de 500 deslizamientos, provocando más de 700 muertos y 1,000,000 damnificados (Munich 2005 citado por Bonachea, 2006). Ecuador es considerado uno de los países de mayor biodiversidad, fertilidad de suelos y recursos naturales, sin embargo contrasta con este enorme potencial de desarrollo, el hecho de ser uno de los países de la región con mayor probabilidad de ocurrencia de desastres, tanto por el incremento de las condiciones de vulnerabilidad (inadecuado uso del suelo, densidad poblacional, incremento de la frontera agrícola) como por la cada vez más frecuente, manifestación de fenómenos intensos de origen geológicogeomorfológico (sismos, erupciones volcánicas, deslaves y deslizamientos) como 6
lluvias intensas y prolongadas que llegan a originar con frecuencia inundaciones (SENPLADES, 2009). Lozano y Bussmann, (2005) y SENPLADES (2009) han elaborado varios estudios a nivel nacional de amenaza por deslizamientos, principalmente en zonas del sur del país. La ciudad de Quito es vulnerable a varios fenómenos naturales entre los que se destacan las erupciones volcánicas, los terremotos, los fenómenos de remoción en masa (deslizamientos, caídas de rocas, reptación, flujos de lodo), y las inundaciones. Los terrenos propensos a inestabilidades se localizan principalmente en zonas de fuerte pendiente (laderas del Pichincha y lomas al este de Quito, flancos de quebradas); zonas de explotación de canteras; rellenos de quebradas y zonas de depósitos lacustres, con niveles freáticos altos y susceptibles de licuefacción en caso de un sismo. En el caso de Quito, se han sumado las acciones humanas, que han transformado la amenaza de los terrenos inestables en riesgo. Esas acciones son: Deforestación en las partes altas y ocupación debido al vertiginoso crecimiento de la población, lo que ha alterado el equilibrio natural. También cabe anotar que pendiente abajo, los drenajes naturales han sido reemplazados por colectores y rellenos.
1.2. OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
1.2.1. Objetivo general Formular una metodología para la zonificación de amenazas por deslizamientos en la ciudad de Quito.
1.2.2. Objetivos específicos
Evaluar los factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos en la zona caso de estudio.
Identificar las zonas de amenaza por deslizamientos en la zona caso de estudio.
Cuantificar la población expuesta a la amenaza con el fin de tomar decisiones informadas orientadas a la mitigación del riego. 7
1.2.3. Preguntas de investigación
¿Cuáles son los factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos en la zona caso de estudio?
¿Cuáles son las zonas de amenaza por deslizamiento en el área de estudio?
¿Cuánta población se encuentra expuesta a la amenaza por deslizamientos en la zona caso estudio?
1.3. HIPÓTESIS
El uso de los SIG para identificar áreas propensas a los deslizamientos permitirá zonificar la amenaza por este fenómeno en la ciudad de Quito.
1.4. JUSTIFICACIÓN
Ecuador debido a sus condiciones geomorfológicas y el efecto de la actividad humana es propenso a la ocurrencia de fenómenos de remoción en masa como deslizamientos, avalanchas de lodo y erosión cuando se producen intensas lluvias. La distribución no equitativa de la tierra hace que la población se concentre en zonas marginales de alto riesgo, lo que aumenta su vulnerabilidad. En época de lluvia, se produce una erosión intensa y progresiva del suelo desprotegido, acarreo de material sólido, desprendimientos y deslizamientos locales, con el aumento de la escorrentía superficial, que no logra ser evacuada por los colectores que reemplazan a las quebradas aguas abajo, que trabajan a presión hidráulica. A esto se agregan la deforestación, todos los desperdicios, escombros, e impermeabilización parcial del suelo, debido a las construcciones por la ocupación ilegal del área de protección ecológica; que impiden la infiltración del agua, lo que hace que el riesgo de flujos de lodo, inundaciones, colapso de colectores o hundimientos sea inminente.
8
La
vulnerabilidad
ante
las
amenazas
debido
a
fenómenos
naturales
está
estrechamente relacionada con las condiciones sociales, económicas, ambientales y de seguridad de tenencia de la tierra preexistente. El riesgo no puede evaluarse, ni puede abordarse su gestión sin tener en cuenta estos factores y, más en concreto, sin realizar un análisis detallado de las cuestiones relacionadas con la tierra (distribución, uso y seguridad de la tenencia). La integración de los SIG con la teledetección, es muy útil para crear inventarios espaciales de deslizamientos y atributos relacionados con la evaluación de la amenaza por deslizamientos y el mapeo de la susceptibilidad de los mismos. Los mapas de susceptibilidad de deslizamientos se pueden usar como herramienta para identificar áreas de terrenos no idóneas para el desarrollo de viviendas. Esto es útil no solo para definir el uso del suelo, sino para determinar zonas de protección. En el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), las amenazas más frecuentes son los deslizamientos e inundaciones, como producto de las exposiciones de la frontera urbana y agrícola a los páramos y bosques protectores, además, de los asentamientos humanos en sitios no aptos para su habitabilidad. La demanda de espacios habitacionales por el incremento demográfico, pone en aprietos las perspectivas planificadas en el ordenamiento territorial sobre todo en la última década, incrementando los riesgos de la población. El análisis histórico de los desastres según la Secretaría de Gestión de Riesgos (SGR)/Departamento de Ayuda Humanitaria y Protección Civil de la Comisión Europea (ECHO)/Oficina de las Naciones Unidas para la Reducción del Riesgo de Desastres (UNISDR) (2012), manifiesta que en el Ecuador, los desastres de mayor impacto se han asociado a fenómenos hidrometeorológicos, sismos, erupciones volcánicas y deslizamientos. Según la base de datos ‘Desinventar’, en la ciudad de Quito desde el 26 de abril de 1973 hasta el 12 de agosto de 2014, se han registrado 173 deslizamientos como se muestra en la figura 1:
9
40 30 20 10 2013
2011
2009
2007
2005
2003
2001
1999
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
1975
1973
0
NÚMERO DE DESLIZAMIENTOS POR AÑO
Figura 1. Número de deslizamientos por año (1973-2014). Fuente: Corporación OSSO Colombia y LA RED, 2014.
Como se puede observar, hay un claro incremento en los deslizamientos a partir del año 2005, debido principalmente al aumento de la población en zonas de riesgo, sedimentación en cuencas hidrográficas, expansión de la frontera agrícola y mal manejo de aguas residuales. El análisis de amenaza por deslizamientos requiere la evaluación de la relación entre los diversos factores del terreno y las ocurrencias de deslizamientos. La incidencia de deslizamientos es influenciada por una variedad de factores que los controlan, tales como geología, uso del suelo, la topografía y los factores desencadenantes como los terremotos y las lluvias (NRSA 2001a, b, c citado por Raman y Punia 2012).
1.5. ALCANCE
El trabajo se realizó en el cantón Quito con información cartográfica a escala 1:50,000. El uso de los SIG y teledetección permiten identificar las zonas de amenaza por deslizamientos. Esto se hace por medio del mapeo de la susceptibilidad que requiere del conocimiento de los factores condicionantes y detonantes que generan y activan los deslizamientos respectivamente. De esta forma se puede estimar la exposición en el área caso estudio. El presente trabajo, va encaminado a contribuir a las diferentes entidades encargadas de la toma de decisiones, proporcionándoles información importante en cuanto a la localización de áreas de amenaza por deslizamientos. La metodología propuesta podrá aplicarse en otras áreas similares de Ecuador que requieran estos estudios para la mitigación del riesgo por los deslizamientos.
10
Para poder desarrollar la presente tesis, se recurrió a las siguientes entidades que proporcionaron los datos necesarios para los análisis requeridos de la zona caso de estudio.
Instituto Geográfico Militar (IGM).
Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI).
Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP).
Secretaria Nacional de Planificación y Desarrollo (SENPLADES).
Sistema Nacional de Información (SNI).
Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC).
11
2. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1.
MOVIMIENTOS EN MASA
Los movimientos en masa se encuentran entre los riesgos ambientales que ocurren con gran frecuencia y con mayor distribución geográfica (Zinck, 1996; Zinck, López, Metternicht, Shrestha, Vásquez-Selem, 2001 citado por Pineda, Elizalde y Viloria, 2011) y sus consecuencias se presentan en áreas de diferentes dimensiones, en diferentes lapsos de tiempo y su impacto puede ser desde imperceptible hasta catastrófico (López y Zinck, 1996; Renschler y Harbor, 2002 citado por Pineda et al., 2011). En general, los movimientos en masa y particularmente los deslizamientos, resultan de una interacción compleja entre factores naturales y en algunos casos los desencadenan las acciones humanas. Cada proceso de remoción en masa tiene génesis y comportamientos distintos, por lo cual cada uno podrá ser influenciado por diversos factores de maneras y grados diferentes (Lara y Sepúlveda, 2008).
2.2. FACTORES CONDICIONANTES Y DESENCADENANTES DE LOS DESLIZAMIENTOS
Huabin, Gangjun, Weiya y Gonghui. (2005) consideran que los factores responsables de la erosión, entre los que se encuentran los deslizamientos, pueden ser agrupados en dos categorías: Condicionantes y desencadenantes. Los factores preparatorios o condicionantes son las variables intrínsecas del terreno, como las condiciones geológicas y la estructura de la pendiente; y los factores activadores o desencadenantes son las variables extrínsecas, como es el caso de la precipitación y la actividad humana. Los deslizamientos se activan por movimientos tectónicos, 12
actividad volcánica, sismos, heladas y deshielos, erosión precedente y actividad antrópica (Zêzere et al., 1999; Wasowski y Del Gaudio,2000; Huabin et al., 2005 citados por Pineda et al., 2011). Existen varios factores que son condicionantes para la generación de los diferentes tipos de movimientos en masa como los que se muestran en la Tabla 1 (Hauser, 1993 citado por Lara y Sepúlveda, 2008). Los factores condicionantes que son los que generan una situación potencialmente inestable, corresponden principalmente a la geomorfología, geología, geotecnia y vegetación, que actúan controlando la susceptibilidad de una zona a generar fenómenos de remoción en masa, donde la susceptibilidad se define como la capacidad o potencialidad de una unidad geológica o geomorfológica de ser afectada por un proceso geológico determinado (Sepúlveda, 1998 citado por Lara y Sepúlveda, 2008). Tipo de remoción en masa Factores Condicionantes
Caídas
Deslizamientos Topping
Flujos
Extensiones Laterales
Geología y Geotécnia
X
X
X
X
X
Geomorfología
X
X
X
X
X
Hidrología e Hidrogeología
X
X
X
X
X
X
X
Vegetación y Clima
X
Actividad Antrópica
X
X
X
X
Tabla 1. Factores condicionantes en fenómenos de remoción en masa. Fuente: Lara y Sepúlveda, 2008.
Los factores desencadenantes que son los que disparan o detonan la inestabilidad del terreno pueden ser naturales (precipitaciones pluviales normales o extraordinarias, las variaciones de temperatura y los sismos) y antrópicos (deforestación, cortes en taludes para construcción de carreteras mal diseñados, deficientes prácticas agrícolas y ganaderas, rellenos mal diseñados, etc.). En Ecuador ha sido usual que se conjuguen los fenómenos geodinámicos con agentes antrópicos y desencadenen una serie de eventos relacionados con procesos de inestabilidad
(desprendimientos,
derrumbes,
deslizamientos,
hundimientos
y
represamientos, entre otros) con alto grado de recurrencia. Las áreas de mayor amenaza se localizan en la región interandina, zonas de piedemonte Subandinas y parcialmente en el litoral, cubriendo aproximadamente una superficie de 92,350 km2 equivalente al 30% del territorio nacional (Secretaria Nacional de Planificación y Desarrollo SENPLADES, Presidencia de la República del Ecuador y Corporación Andina de Fomento CAF, 2005). 13
Los Andes han sido influenciados por una serie de procesos climáticos drásticos con influencia directa de movimientos de tierra y conformación de ecosistemas óptimos para repoblación de algunos tipos de plantas, como parte de una dinámica natural. Los regímenes de perturbación tienen implicaciones críticas como los efectos de borde, la ruptura de interacción planta-animal y la cadena que esta conlleva, entre otros tópicos ecológicos como pérdida de especies e invasión de especies externas, las cuales están inmersas y juegan un importante rol en los procesos naturales de recuperación de la vegetación después de los deslizamientos. La vegetación pionera que ocurre en los deslizamientos de los ex bosques montanos se caracteriza de acuerdo a los estratos principalmente, el más representativo es el estrato herbáceo bajo, seguido de un estrato herbáceo de tamaño mediano y finalmente el estrato arbustivo, especialmente en los rangos 2,400 a 2,700 m, como es el caso de los flancos del Parque Podocarpus (Lozano y Bussmann, 2005).
2.3.
EVALUACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS EN MASA
Existen varias metodologías para la evaluación de los movimientos en masa utilizadas para los deslizamientos. En la mayoría de los casos se usan como apoyo herramientas estadísticas y SIG, con la finalidad de identificar los factores activadores y condicionantes y de esta forma poder determinar su distribución espacial. Las últimas décadas han mostrado un desarrollo muy rápido en la aplicación de herramientas digitales tales como SIG, Procesamiento Digital de Imágenes, Fotogrametría Digital y Sistemas de Posicionamiento Global (GPS). Bases de datos de inventario de deslizamientos se están haciendo disponibles para más países y varios están ahora también disponibles a través de internet. Un inventario completo de deslizamientos es necesario para cuantificar amenazas de deslizamiento y el riesgo. Con respecto a los factores ambientales utilizados en la evaluación de peligro de deslizamientos, hay una tendencia a utilizar capas con datos que son obtenidos fácilmente a partir de los modelos de elevación digital y las imágenes satelitales, mientras que menos énfasis se da a las capas con datos que requieren investigaciones de campo a detalle (Van Westen, Castellanos y Kuriakose, 2008), por lo que se debe realizar una revisión detallada de la recolección y el uso de información espacial que está orientada a la determinación de susceptibilidad de deslizamientos, sobre los factores ambientales enfocados a los modelos digitales de elevación,
14
geología y suelos, geomorfología, uso de la tierra y los elementos en riesgo y la evaluación de la vulnerabilidad. La integración de la teledetección y los SIG pueden dar nuevas perspectivas en la clasificación de imágenes usando algoritmos para diversas aplicaciones. El éxito de una clasificación de la imagen depende de la disponibilidad de imágenes de teledetección de alta calidad y los datos auxiliares, además de un procedimiento de clasificación adecuado, y las habilidades y experiencias del analista son las más importantes (Lu y Weng, 2007). La inestabilidad de las zonas montañosas como es el caso de la zona de estudio, está ligada a las condiciones geológico–estructurales y climáticas de la región. Los escurrimientos de agua son muy importantes en el control de deslizamientos, a razón de las propiedades físicas que presentan los materiales involucrados (grado de retención de agua, susceptibilidad a deformaciones y variaciones volumétricas apreciables) y de los factores antrópicos. Una metodología muy útil, práctica y confiable es la que emplea la elaboración del plano topográfico base a detalle, ya que permite identificar los diferentes rasgos estructurales y formas del relieve, así como evaluar de manera más realista los efectos de un movimiento en masa en un terreno potencialmente inestable, además de establecer modelos geológicos, geotécnicos y geométricos de la inestabilidad, mediante coeficientes de seguridad y desplazamientos admisibles, los cuales son requisitos fundamentales en los proyectos de ingeniería relacionados con obras de mitigación, resguardo y planificación del desarrollo urbano de la zona de estudio (Pola, Garduño y Hernández, 2006). Los mapas de uso del suelo y cubierta vegetal, cuerpos de agua, zonas de cultivos y residuos de tierra de una zona de estudio pueden ser obtenidos de los datos satelitales digitales, mediante la interpretación detallada de las imágenes utilizando técnicas de clasificación supervisada con la ayuda de algún software como es el caso de ERDAS, además de datos de deslizamientos históricos obtenidos de la literatura existente e investigaciones geológicas. La tecnología SIG es la encargada de proveer del análisis de mapeo espacial de varios factores como geología, geomorfología, uso del suelo y cubierta vegetal, pendiente, aspecto y modelo de elevación del terreno para estudios de deslizamientos (Gurugnanam, et al. 2012 citado por Bairavi, Muthukumar, Gurugnanam y Arunkumar, 2014). La distribución espacial de la ocurrencia de los deslizamientos es obtenida con la ayuda de los SIG. Los análisis de superposición se llevan a cabo entre las zonas de deslizamientos con el mapa de uso del suelo y cobertura vegetal de la zona de estudio, mostrando la correlación o agrupación de localizaciones demarcadas por deslizamientos en diferentes categorías 15
como: Muy altas, medias y bajas (Bairavi et al., 2014). La importancia de la precisión en los mapas de susceptibilidad de deslizamientos, para la detección, análisis y seguimiento de los deslizamientos y el análisis de riesgos es esencial ya que se utilizan como base para los planes de toma de decisiones con el fin de reducir y mitigar futuros riesgos de deslizamientos. Con la realización de un inventario de deslizamientos basado en marco SIG para el análisis sistemático de amenaza de deslizamiento mediante el empleo de los datos históricos
de
deslizamientos,
acoplado
con
características
geológicas,
geomorfológicas, población, clima, y los datos de lluvia, se pueden formular relaciones basadas en un número determinado de deslizamientos en cierto periodo, con distribuciones de los deslizamientos y la comparación de la variación de las precipitaciones, en donde la acumulación de pérdidas humanas y las lesiones causadas por los deslizamientos aumentan con la acumulación de la precipitación, indicando una fuerte correlación entre las lluvias y los deslizamientos. Con esta información, se puede establecer una relación frecuencia-volumen, donde será posible estimar el período de retorno de un deslizamiento. En conclusión, un mapa de zonificación de amenazas puede ser establecido usando datos históricos con la ayuda de la tecnología SIG (Chau et al., 2004).
2.4. ESTIMACIÓN DE DESLIZAMIENTOS
LA
SUSCEPTIBILIDAD
A
LOS
La estimación de la susceptibilidad, amenaza y a su vez riesgo por fenómenos de deslizamientos, es una tarea que además de ser ardua enfrenta una serie de dificultades, como el alto grado de complejidad e incertidumbres que implican dicha estimación (Millán, 1999; Van Westen et al., 2008; Chivatá, 2007 citado por Chivatá, 2008). Para determinar áreas susceptibles a deslizamientos, primeramente se pueden evaluar las unidades de paisaje por medio de un índice de susceptibilidad, calculado como el cociente entre el número de cicatrices de erosión dentro de cada unidad, con la finalidad de elaborar un mapa de susceptibilidad; posteriormente se procede con la regresión logística, combinando el mapa de inventario de cicatrices con un conjunto de variables ambientales (litología, tipo de relieve, distancia a la red de drenaje, cobertura vegetal estimada) que representan factores potencialmente condicionantes o activadores (precipitación, sismos) de procesos de movimientos en masa. A partir de 16
este análisis se obtiene un mapa con información de carácter cuantitativo sobre la susceptibilidad a los deslizamientos (Pineda et al., 2011). Las dificultades que se presentan en la modelación de los deslizamientos, como por ejemplo, para: Disponer permanentemente de información actualizada relacionada con los fenómenos, la estimación de la magnitud de las masas deslizadas, la determinación de las probabilidades espaciales y temporales de ocurrencia, la modelación de las trayectorias de los movimientos y la estimación de la vulnerabilidad de los elementos expuestos a estos procesos, radican en que los paradigmas actuales de conocimiento están apuntando inadecuadamente a la idea de cuantificar el riesgo, la amenaza o susceptibilidad, es decir, expresarlo en términos exactos mediante números reales, cuando los altos contenidos de complejidad e incertidumbre de las variables obligan a recurrir a otras formas de estimación y expresión (Van Westen et al., 2008). Cardona (2001) citado por Chivatá, (2008) ampliamente debate la imposibilidad de cuantificar el riesgo en lo relacionado con eventos derivados de fenómenos naturales. Los nuevos desarrollos en las prácticas de estimación se están orientando a la estrategia de incorporar la incertidumbre en las modelaciones. Para tal efecto, se recurre al tratamiento de distintos tipos de incertidumbre como las correspondientes a la aleatoriedad y cambio de los procesos, y a la incertidumbre epistemológica, entendida ésta como la dificultad para conocer y tomar decisiones. Los resultados de varias investigaciones muestran la necesidad de incorporar las teorías de las incertidumbres en la modelación de estos fenómenos, las mismas que se deben principalmente a la escasez de información, el bajo conocimiento que se tiene sobre algunos componentes de estos procesos y el problema de la subjetividad en la toma de decisiones. Entre los factores desencadenantes se encuentran los terremotos, mismos que pueden provocar varios miles de deslizamientos al concentrarse en configuraciones geomorfológicas, geológicas y antropogénicas diferentes. Se puede desarrollar una base de datos espacial de deslizamientos por medio del análisis de imágenes satelitales ASTER y tecnología SIG. Una evaluación multicriterio puede aplicarse para determinar la importancia de los parámetros que controlan los eventos que desencadenan los deslizamientos. Los parámetros que se incluyen son: Litología, fallas, gradiente de pendiente, pendiente de aspecto, elevación, cobertura de la tierra, ríos y caminos. Los resultados pueden mostrar un número de clases de susceptibilidad a deslizamientos, donde se puede establecer que parámetro tiene la mayor influencia
17
en los deslizamientos. Además, de determinar en qué tipo de elevaciones se producen los deslizamientos, que orientación y tipo de cobertura vegetal o uso de suelo es altamente susceptible a fallas es fundamental. Con esta información se podrán tomar medidas de mitigación inmediata. Concluyendo que los deslizamientos provocados durante o poco después por un terremoto se concentran en zonas específicas asociadas a los parámetros de control de eventos, donde la deforestación y construcción de infraestructura como el caso de carreteras puede contribuir significativamente (Kamp, Growley, Khattak y Owen, 2008). Otro de los factores desencadenantes de deslizamientos son las precipitaciones, donde el proceso de estimación de un modelo de susceptibilidad por deslizamientos inducidos por lluvia, puede emplear herramientas de la teoría de los conjuntos difusos, la teoría de la posibilidad y la teoría de la evidencia. El modelo de susceptibilidad desarrollado necesita de datos de vulnerabilidad de las masas del área de estudio y sus incertidumbres. Los datos finales del modelo se expresan mediante un mapa definido en categorías de susceptibilidad: Baja, media, alta y muy alta; que se consideran adecuadas para la comunicación del riesgo. El espectro difuso permite clasificar los niveles de susceptibilidad a partir de la percepción y opinión de los expertos. El concepto de parámetro difuso es útil en la modelación de fenómenos con incertidumbre, complejos y no lineales. La modelación de la susceptibilidad puede ser factible a través de estas teorías y herramientas de incertidumbre. El incorporar la incertidumbre en los procesos de modelación y de toma decisiones, es importante por lo que se puede concluir que si en una modelación se incorporan incertidumbres como las identificadas, la cuantificación de la susceptibilidad no es adecuada, debido a que no se puede reducir la información de salida de un modelo dado, a cantidades numéricas exactas o reales, cuando la naturaleza de las variables es particularmente incierta. Además, todo lo expuesto anteriormente puede aplicarse a la estimación del riesgo y este tipo de trabajo puede considerarse como una investigación analíticasintética (Chivatá, 2008). Existen varias metodologías para realizar un análisis de la susceptibilidad a los deslizamientos, la mayoría de ellas se basan en la predicción espacial de la inestabilidad del terreno. Para realizar una predicción espacial de los deslizamientos se utiliza el análisis de la susceptibilidad. Este concepto, que determina la propensión de un terreno a que se genere inestabilidad, se basa en el Principio del Actualismo, el cual considera que los fenómenos físicos que rigieron el comportamiento del terreno en el pasado, serán los mismos en el presente y futuro bajo las mismas condiciones. De este modo, el análisis 18
de las características del terreno en zonas que han sido afectadas por deslizamientos, ayuda a determinar zonas que, sin haber sido afectadas, presentan las mismas características y en consecuencia, son zonas potenciales de ser afectadas por este fenómeno. (Guinau, 2007). En el caso de los deslizamientos a gran escala, el uso de la metodología que involucra información Lidar es interesante, y un conjunto de datos y herramientas adicionales, como fotografías aéreas, investigaciones de campo y análisis de estabilidad para la validación de los resultados son utilizadas para garantizar mejores resultados (Lin et al., 2013). La litología, geomorfología, pendiente, aspecto, cobertura del suelo, tipo de suelo y el drenaje son importantes factores utilizados para el mapeo de la susceptibilidad (NRSA 2001a, b, c, Ayalew et al. 2005, Ercanoglu 2005, Mathew et al. 2007, Sarkar et al. 2008 citados por Raman y Punia 2012). Los métodos para la evaluación de la susceptibilidad a la inestabilidad del terreno, pueden clasificarse en cualitativos y cuantitativos. Dentro de los métodos cualitativos se encuentran los análisis heurísticos. Según Kouli, Loupasakis, Soupios y Vallianatos (2009), los métodos cuantitativos se basan en expresiones matemáticas que correlacionan los factores que causan los deslizamientos. Los dos métodos cuantitativos que se utilizan comúnmente son los determinísticos y estadísticos.
2.4.1. Métodos heurísticos
Los análisis heurísticos se basan en el uso de la opinión del experto para determinar cuáles son los factores del terreno que condicionan la estabilidad de estos y cuál es el grado de influencia de cada uno de estos factores en la inestabilidad del terreno. El experto, con base en sus conocimientos, determina cuales son las zonas que presentan las mismas características del terreno que las encontradas en zonas afectadas por inestabilidad y que en consecuencia son zonas susceptibles a generar movimientos de ladera (Anbalagan, 1992; Van Westen, Seijmonsbergen y Montovani, 1999). Estos se consideran métodos cualitativos, debido a que la determinación de zonas potenciales a la inestabilidad se realiza cualitativamente, además de que dependen de la morfología del sector y la experiencia del analista, se consideran métodos de orden subjetivo. De acuerdo con Van Westen y Soeters (2000), en el método heurístico el 19
criterio experto del geomorfólogo que realiza el estudio se utiliza para clasificar la susceptibilidad, la cartografía de los movimientos en masa y su contexto geomorfológico. Estos constituyen los principales elementos de entrada para la determinación de la amenaza, por lo que se pueden identificar dos tipos de análisis heurístico: El análisis geomorfológico conocido también como el método de cartografía directa, y la combinación cualitativa de mapas que buscan superar el problema de los “criterios ocultos” del análisis geomorfológico. Para resolver el problema del mapeo, se han desarrollado varios métodos que se basan en la combinación cualitativa de mapas, un método muy conocido en la zonificación de estabilidad de laderas es el propuesto por Stevenson en 1977 (Van Westen, 1993), donde el sistema empírico de clasificación de riesgos para un área de Tasmania, tiene valores ponderados para las diferentes clases existentes en una serie de mapas de parámetros, estos valores fueron asignados con base en su conocimiento experto en los factores causantes de inestabilidad. Sin embargo, el uso de estos valores se ha generalizado, generando en muchos casos mapas de amenaza a deslizamientos que en realidad no han sido elaborados con el suficiente conocimiento de la importancia de dichos factores en la zona de estudio; es decir, que en esta metodología, el geocientífico usa su criterio experto para asignar pesos (valores que representan un determinado grado de importancia) a una serie de mapas parámetro (mapas de condiciones del terreno que se consideran relacionadas, en diferente grado, con la ocurrencia de deslizamientos). Las condiciones del terreno se suman de acuerdo con estos pesos, lo que lleva a valores de susceptibilidad que pueden ser agrupados en categorías o clases. El problema se suscita cuando la asignación exacta de pesos a los diversos mapas parámetro se basa en ocasiones en un insuficiente conocimiento de campo de los factores cruciales, lo que lleva a generalizaciones erróneas Van Westen y Soeters (2000). Entre los métodos cualitativos más comunes están: -
Evaluación de un experto
Se basa en la experiencia adquirida en situaciones similares del experto, quien define las reglas, criterios de estabilidad y evolución de los movimientos, por lo que se ha convertido en el método de mapeo más utilizado. Las ventajas de la evaluación por parte del experto implican el análisis multicriterio de la información detallada obtenida en campo que puede ser analizada en diferentes escalas, de no existir información, ésta se interpola en forma subjetiva; por lo que el método es fácil y directo. 20
La principal desventaja es la subjetividad en cuanto a los criterios, a más de requerir de un conocimiento muy amplio y especifico de las causas y factores que producen la inestabilidad en las áreas estudiadas y del conocimiento previo de la ocurrencia histórica de los deslizamientos. Cada experto puede llegar a diferentes conclusiones según su experiencia ya que la valoración de factores es subjetiva resultando imposible que el experto pueda sustentar su criterio y sus reglas por lo que es imposible realizar un análisis crítico de los resultados obtenidos. Además, estos métodos requieren de mucha información sobre los deslizamientos y los factores que condicionan su formación, a más de un largo periodo de tiempo que es el que se demora en recopilar esta información (Departamento de Desarrollo Regional y Medio Ambiente Secretaria Ejecutiva para Asuntos Económicos y Sociales Organización de Estados Americanos, 1993). -
Método Mora Vahrson Mora
Este método toma en cuenta los factores detonantes: Precipitación de alta intensidad, sismos de importante magnitud a más de incluir tres factores relacionados con la susceptibilidad que son el ángulo de la pendiente del terreno, condiciones litológicas y humedad, por lo que es indispensable contar con varios factores y paramentos que son obtenidos de la observación y medición de indicadores morfodinámicos y su distribución espacio-tiempo; es así como se considera que el grado de susceptibilidad al deslizamiento es el producto de los elementos pasivos o desencadenantes y la acción de factores detonantes (Mora, 2004). Los elementos pasivos considerados en esta metodología son:
Susceptibilidad litológica: La composición mineralógica, la capacidad de retención
de humedad, los espesores y grado de meteorización, el estado del fracturamiento, el ángulo de buzamiento, la posición y variación de los niveles freáticos, etc., intervienen directamente en la estabilidad de las laderas (Mora, Vahrson, y Mora, 1992). Según Mora et al., (1992), la evaluación de este parámetro puede realizarse de acuerdo a la Tabla 2. Sin embargo, si se cuenta con descripciones de macizos rocosos y la evaluación de propiedades geotécnicas de suelos, es recomendable utilizar la Tabla 3, que emplea la clasificación de macizos rocosos dada por Bieniawski (1989), y la Tabla 4 que incluye la modificación propuesta por Miles y Keafer (2002) citada por Mora (2004).
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Características físicomecánicas típicas
Litología
Aluvión grueso, permeable, compacto, nivel freático. Calizas duras, permeables, Rocas intrusivas, poco fisuradas, bajo nivel freático. Basaltos, andesitas, ignimbritas. Rocas sedimentarias no o muy poco alteradas, poco fisuradas, rocas intrusivas, calizas duras Rocas sedimentarias, intrusivas, lavas, ignimbritas, tobas poco consolidadas, rocas metamórficas mediana a fuertemente alteradas, niveles freáticos relativamente altos. Aluviones fluvio-lacustres, suelos piroclásticos poco compactados, rocas fuertemente alteradas. Materiales aluviales, coluviales de muy baja calidad mecánica, rocas con estado de alteración avanzado, drenaje pobre. Se incluyen los casos 3 y 4 con niveles freáticos muy someros, sometidos a gradientes hidrodinámicos elevados.
Sanos con poca o ninguna meteorización, resistencia al corte elevada, fisuras sanas sin rellenos. Resistencia al corte media a elevada, fracturas cizallables. Resistencia al corte moderada a media, fracturación importante. Resistencia al corte moderada a alta. Resistencia al corte muy baja, materiales blandos con muchos finos.
Calificación
Valor parámetro Susceptibilidad litológica
Bajo
1
Moderado
2
Medio
3
Alto
4
Muy Alto
5
Tabla 2. Clasificación del factor litológico y valoración de la susceptibilidad. Fuente: Mora, 2004.
Valoración clasificación de macizos rocosas
Número de clase
Descripción
Valoración del parámetro Susceptibilidad litológica
<20
I
Muy Pobre
5
21 - 40
II
Pobre
4
41 - 60
III
Medio
3
61 - 80
IV
Bueno
2
81 - 100
V
Muy Bueno
1
Tabla 3. Valoración de la susceptibilidad litológica para macizos rocosos. Fuente: Mora, 2004.
22
Ángulo de fricción efectiva (grados)
Cohesión Efectiva (kPa)
Descripción
- 15
0 - 10
Muy Bajo
Valor de parámetro Susceptibilidad litológica 5
15 -20
10 - 15
Bajo
4
20 -25
15 - 20
Medio
3
25 -30
20 - 25
Alto
2
>30
>25
Muy Alto
1
Tabla 4. Valoración de la susceptibilidad litológica pare el caso de suelos. Fuente: Mora, 2004.
Humedad del terreno: Relacionada con las precipitaciones y las diferentes
interacciones del ciclo hidrológico. Además, se considera que la cantidad de agua del suelo puede ser alterada fuertemente por irrigación, remoción de la vegetación o inundación parcial. La humedad del terreno es un factor de consideración puesto que a través de la percolación se pueden crear altas condiciones de presión de poros en el suelo y rocas; generalmente se producen movimientos de masas durante el periodo de lluvia intensa en suelos meteorizados y poco estables. En los diferentes métodos de zonificación se debe indicar el estado de humedad del suelo potencialmente deslizable, a partir del espesor de la capa de suelo. Para el caso en que la capa se encuentre completamente saturada, el estado de humedad toma un valor de cero (0), mientras que para un suelo completamente seco toma el valor de (1).
Pendiente: La geometría de las laderas y por ende su pendiente son factores
determinantes en la inestabilidad de las mismas ya que su inclinación está asociada a la efectividad de la fuerza de la gravedad lo que hace que generalmente las pendientes más inclinadas tengan más probabilidad de deslizamientos, sin embargo esto no excluye la posibilidad de que pudieran generarse deslizamientos en zonas de pendientes suaves. Por lo tanto, para la elaboración del mapa de susceptibilidad es importante dibujar previamente un mapa de pendientes adicionalmente, a los mapas geológicos. El objetivo es generar una planta topográfica del área a estudiar delimitando las zonas con diferente pendiente en sectores, según rangos de valores previamente establecidos. En la Tabla 5, se observa una clasificación ampliamente difundida para la elaboración y categorización de mapas de pendientes (Departamento de Desarrollo Regional y
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Medio Ambiente Secretaria Ejecutiva para Asuntos Económicos Sociales Organización de Estados Americanos, 1993).
Clasificación
Pendiente (ángulo de inclinación)
Criterio
Muy Bajo
0 a 5% (0 a 8.5 grados)
Laderas no meteorizadas con discontinuidades favorables que no presentan ningún síntoma de que puedan ocurrir deslizamientos.
Bajo
15 a 30% (8.5 a 16.7 grados)
Medio
30 a 50% (16.7 a 26.6 grados)
Alto
50 a 100% (26.6 a 45 grados)
Muy Alto
Más del 100% (más de 45 grados)
Laderas que tienen algunas fisuras, materiales parcialmente erosionados no saturados con discontinuidades. Laderas con algunas zonas de falla, erosión intensa o materiales parcialmente saturados donde no han ocurrido deslizamientos pero no existe completa seguridad de que no ocurran. Laderas que tienen zonas de falla, meteorización alta a moderada y discontinuidades desfavorables donde han ocurrido deslizamientos o existe la posibilidad de que ocurran. Laderas con zonas de falla, masas de suelo altamente meteorizadas y saturadas, y discontinuidades desfavorables donde han ocurrido deslizamientos o existe alta posibilidad de que ocurran.
Tabla 5. Clasificación mapa de pendientes Método MVM. Fuente: Departamento de Desarrollo Regional y Medio Ambiente Secretaria Ejecutiva para Asuntos Económicos Sociales Organización de Estados Americanos, 1993.
Los factores desencadenantes son:
Movimientos sísmicos: Dependiendo de la intensidad, un sismo produce un efecto
desestabilizador del terreno. Dentro de la zonificación de amenazas a deslizamientos es necesario identificar fallas geológicas, volcanes y otras fuentes de energía sísmica y realizar un análisis de la sismicidad histórica de la zona.
Precipitaciones: El valor de la precipitación está dado por la cantidad de agua
caída por un tiempo determinado y medida como la altura de la capa de agua que habría de formarse si se hubiese evitado la evo transpiración y la escorrentía. Los datos proveniente de las estaciones meteorológicas son la base del análisis y cálculo de periodos de retorno, generalmente el método Gumbel (Linsley, Kohler y Paulhus, 1977), a partir de estos se pueden obtener indicadores los cuales se combinan de acuerdo a un peso específico ponderado especificado en la tabla de valores creada por Mora, Vahrson, 1992, con lo que se define su grado de influencia relativa en amenaza por deslizamientos.
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Las lluvias extremas según el Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales, Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales, Servicio Nacional de Estudios Territoriales(1992), se clasifican de acuerdo con la siguiente Tabla 6:
Precipitación máxima Descripción mm/día ≤100 101 - 200 201 - 300 301 - 400 >400
Muy Bajo Bajo Medio Alto Muy Alto
Valor asignado 1 2 3 4 5
Tabla 6. Clasificación de lluvias extremas. Fuente: Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales, Instituto Federal de Geociencias y Recursos Naturales, Servicio Nacional de Estudios Territoriales (1992).
Características del método: 1. La metodología es simple, fácil y entendible. 2. Los factores empleados son claros y la terminología utilizada es ampliamente aceptada. 3. Incluye los factores más significativos desde el punto de vista de la inestabilidad de laderas. 4. Divide el área estudiada en sectores de comportamiento similar y proveer una base para entender las características de cada uno de estos sectores. 5. El resultado de su aplicación dará una mejor comprensión de los fenómenos naturales en el área de estudio, lo cual incide en su desarrollo eficiente y duradero (Mora et al., 1992). Los mapas resultantes de esta metodología se utilizan y aplican como instrumentos en la toma de decisiones para los procesos de planificación del uso del terreno, explotación de recursos naturales, desarrollo de infraestructura, urbanismo y líneas vitales. Esta metodología permite desarrollar una aproximación del grado de susceptibilidad al deslizamiento de la región estudiada y de los fenómenos que influencian esa condición. Es valiosa en la identificación de áreas críticas y útil en la orientación de prioridades en cuanto a la disposición de los recursos destinados hacia estudios geotécnicos de detalle (Mora et al., 1992).
25
El método MVM permite realizar una zonificación de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos, con la ayuda de la combinación de la valoración y peso relativo de los diversos factores condicionantes y desencadenantes que intervienen en este proceso, los cuales se implementan fácilmente en un SIG. Esta metodología no debe sustituir los estudios geotécnicos de campo y laboratorio necesarios para el diseño y concepción de las obras civiles y sus complementos de protección y mitigación correspondientes (Mora et al., 1992). Además, esta metodología no es capaz de pronosticar el tipo de deslizamientos que podría presentarse en la zona de estudio.
2.4.2. Métodos estadísticos
Los métodos estadísticos como su nombre lo indica, se basan en la determinación estadística de los factores que condicionan la inestabilidad del terreno y su grado de influencia, a más de establecer la relación observada entre cada factor y la distribución de deslizamientos pasada y presente. Así, la evaluación de la susceptibilidad a deslizamientos puede volverse tan objetiva como sea posible. Éstos son considerados como métodos cuantitativos ya que utilizan procesos numéricos para cuantificar la propensión del terreno a la inestabilidad. Estos métodos se pueden clasificar en: Estadísticos bivariantes que analizan cada uno de
los
factores
condicionantes
de
forma
independiente,
combinando
cada
característica del terreno con la distribución de deslizamientos identificados en la zona de estudio permitiendo determinar cuál es su contribución a la inestabilidad del terreno; estadísticos multivariantes que analizan diversos factores condicionantes a la vez y determinan mediante procedimientos estadísticos, el grado de influencia de cada uno de los factores condicionantes, regresión logística y la lógica difusa, entre otros. El uso del análisis de regresión logística permite identificar, entre un grupo de variables consideradas relevantes para la evaluación, los factores condicionantes y activadores específicos involucrados con su desencadenamiento a nivel local (Dai y Lee, 2002; Can et al., 2005 citados por Pineda et al., 2011). La combinación de estos resultados con los SIG, permiten determinar la distribución espacial de las áreas susceptibles a deslizamientos. Algunos métodos de evaluación se enmarcan en una concepción sistemática del paisaje. De esta manera, el paisaje previamente clasificado y jerarquizado puede ser modelado, lo cual permite analizar con detalle la ubicación 26
espacial de los deslizamientos y seleccionar cualidades relevantes de los paisajes vinculadas con dicho proceso, para establecer posteriormente relaciones entre estas cualidades y elementos geomorfológicos (Elizalde y Daza, 2003; Ospina y Elizalde, 2004; Guillén, 2006 citados por Pineda et al., 2011). La fortaleza de este enfoque depende directamente de la calidad y cantidad de datos recogidos. Errores en la cartografía de deslizamientos pasados y presentes ejercerán una gran y difícilmente predecible influencia en el modelo. Como el método es regido por los datos, el modelo construido para una región no es fácilmente extrapolable a áreas vecinas (Carrara, Cardinali, Guzzetti y Reichenbach, 1995). Además, permite comparar directamente regiones diferentes y los mapas pueden cambiarse de escala fácilmente. Entre sus debilidades se puede mencionar que: Asume densidad de deslizamientos continua en el espacio, no permite estimar un comportamiento futuro y que requiere de gran cantidad de información histórica o de un evento específico.
2.4.3. Métodos determinísticos
Métodos determinísticos se fundamentan en el análisis de las leyes físicas y mecánicas universales de conservación de masa, energía y equilibrio de fuerzas de movilización
y
de
resistencia
(GökceogluyAksoy,
1996;
Crosta,
Imposimato,
Roddeman, Chiesa y Moia, 2005). Este tipo de análisis únicamente se aplica para determinar la estabilidad de taludes o laderas de reducidas dimensiones, debido a que requieren de la aplicación de técnicas lentas y económicamente costosas, estos no son adecuados e incluso resultan excesivos cuando se trata de evaluar la susceptibilidad en regiones relativamente amplias (Guinau, 2007). El grado de amenaza, en los métodos determinísticos se expresa por medio del factor de seguridad. Para obtener este factor es necesario realizar varios modelos de análisis de estabilidad de taludes partiendo de información detallada de la estratificación, estructura, propiedades de resistencia de los materiales y modelos de simulación de los niveles freáticos de acuerdo a períodos de retorno. Adicionalmente, para realizar un análisis determinístico es necesario contar con información detallada, completa y de gran calidad en cuanto a: Localización de las áreas potencialmente inestables, propiedades geológicas y geotécnicas de los materiales, momento y circunstancias en las que el fenómeno puede ser activado, 27
distancia de propagación del fenómeno, formas de interacción entre el ambiente, el hombre y el problema analizado y los costos de los daños causados (Suárez, 2002). Varios autores han propuesto modelos de cálculo del factor de seguridad con un modelo de niveles freáticos y presiones de poro ocasionados por las lluvias. Para poder realizar el cálculo de una manera simplificada se utiliza el método del análisis de talud infinito y la fórmula para calcular el factor de seguridad establecida por Brunsden y Prior en 1979, establece la siguiente relación:
cos
FS =
tan ′
sin cos
Donde: FS = Factor de seguridad; = Cohesión efectiva (Pa); = Peso unitario del suelo (N/m3); = Profundidad de la superficie de falla (m); =
(adimensional);
= Altura del nivel freático por encima de la superficie de falla (m); = Pendiente del terreno (°); = Ángulo de fricción efectivo (°); = Peso unitario del agua (N/m3);
Los factores de seguridad se calculan para varios escenarios entre los que se mencionan a continuación: 1. Criterio de evaluación para un talud completamente seco: Inestable = factor de seguridad menor a 1.0 Crítico
= factor de seguridad entre 1.0 y 1.5
Estable = factor de seguridad mayor a 1.5 2. Talud completamente saturado: Escenario no realista pero da la estimación más pesimista con solamente un factor detonante importante. 3. Otros escenarios de aguas freáticas:
28
Picos de niveles freáticos que ocurren durante dos meses del año (Período de retorno 2 meses). Picos de niveles freáticos que ocurren una vez al año (Período de retorno 1 año). Picos de niveles freáticos que ocurren cada 20 años (Período de retorno 20 años). Picos de niveles freáticos que ocurren cada 30 años (Período de retorno 50 años). La aceleración sísmica es otra de las variables a tener en consideración en la evaluación de la amenaza a deslizamientos. Como ejemplo, según el Departamento de Desarrollo Regional y Medio Ambiente Secretaria Ejecutiva para Asuntos Económicos Sociales Organización de Estados Americanos (1993), para el análisis sísmico se pueden analizar los siguientes escenarios: - Condición seca sin sismo. - Nivel freático con periodo de retorno de 20 a 50 años sin sismos. - Condición totalmente saturada sin sismos. - Condición seca sin sismos. - Periodo de retorno de 0,16, 20 y 50 años sin sismos. Entre las fortalezas de los métodos determinísticos tenemos: Que se basan en modelos físicos soportados, permiten analizar varios escenarios y dar la información de susceptibilidad y amenaza. Las desventajas están enfocadas en el requerimiento de los parámetros de entrada, que son modelos predictivos difíciles de evaluar y los modelos complejos son difíciles de evaluar a escalas pequeñas. Adicionalmente, cabe mencionar que existen los métodos semi – cuantitativos que no son más que metodologías cualitativas que utilizan procedimientos de ponderación y calificación. A esta metodología pertenece el proceso analítico jerárquico aplicado por Saaty, 1980; Barredo, 2000 y Yalcin, 2008 y la combinación lineal ponderada empleada por Ayalew, 2004; Ayalew y Yamagishi, 2005 citados por Kouli et al., 2009. Una propuesta interesante dentro de esta metodología es el mencionado método indirecto de evaluación de la susceptibilidad de deslizamientos dentro de un SIG conocido como método multicriterio, este integra factores condicionantes de la 29
inestabilidad de laderas, algunos de ellos extraídos a partir del análisis de imágenes de satélite multiespectrales y multitemporales, y las técnicas de evaluación multicriterio basadas en jerarquías analíticas y sumas lineales ponderadas de pesos de factores y clases. El método permite evaluar cuantitativamente la consistencia en la asignación de pesos, con lo que se reduce la subjetividad inherente a ésta. Dicho método se considera especialmente útil para la evaluación de la susceptibilidad a escalas intermedias (1:25,000 y 1:50,000) en zonas donde apenas existen datos geotécnicos e hidrogeológicos, y en las que además no es posible realizar muestreos estadísticos apropiados (Hervás y Barredo, 2001). Además, métodos de SIG basados en el análisis de decisiones multicriterio (ADMC) están siendo utilizados en la cartografía de susceptibilidad a deslizamientos, pero, las incertidumbres asociadas con estas técnicas pueden afectar los resultados. A través de la integración de modelos SIG y ADMC, es posible identificar las estrategias para la elección de un método apropiado para la creación de mapas de susceptibilidad de deslizamientos (MSD). Por otra parte, la integración de ADMC y simulación Monte Carlo (SMC) puede mejorar significativamente la exactitud de los resultados (Feizizadeh, Jankowski y Blaschke, 2014). Según González (2006), si se realiza un análisis de regresión múltiple (ARM) con un solo factor de análisis como en el caso de la precipitación, no se obtendrán los resultados esperados ya que no se puede predecir la ocurrencia de los deslizamientos a partir de éste, ya que existen una serie de factores que también intervienen en la ocurrencia de estos eventos tales como la pendiente, el uso del suelo, y la geología, entre otros factores de importancia. Con el modelo de análisis multicriterio (MAM) para el cálculo de riesgo, se pueden involucrar ciertas variables que son relevantes para la ocurrencia de estos eventos (pendiente, geología, y red hídrica), donde se logran identificar las zonas que presentan amenaza de inundaciones y deslizamientos. Para lograr cuantificar la población que está en riesgo por estos eventos, los mapas de amenazas obtenidos por este modelo se superponen a un mapa que contenga la red urbana, de esta manera se pueden observar las zonas que están en riesgo. Es necesario aclarar que el MAM desarrollado en el SIG IDRISI KILIMANJARO puede presentar resultados más adecuados según este autor, al aplicarse en zonas donde la intervención antrópica es muy baja o inexistente, ya que al emplear este modelo en sitios donde la intervención antrópica es muy alta, factores como la infiltración de aguas por falta de alcantarillado, zonas de invasión, la acumulación de basuras en los cauces, el cambio de coberturas vegetales por estructuras físicas y barrios no planificados, pueden afectar considerablemente los resultados. 30
En conclusión, la susceptibilidad de deslizamientos y zonificación de peligros pueden mejorar notablemente la planificación del uso del suelo, y por lo tanto se puede considerar una forma eficaz de reducir el daño futuro y la pérdida de vidas causadas por deslizamientos. Sin embargo, la falta de procedimientos estándar restringe el uso de mapas de susceptibilidad y zonificación de riesgos, a pesar de su amplio desarrollo en las últimas décadas. El “Joint Technical Committee on Landslides and Engineered Slopes - JTC-1” (Comité técnico en deslizamientos y de ingeniería en pendientes), propone directrices internacionales para la susceptibilidad a deslizamientos, peligros y zonificación de riesgos para la planificación del uso del suelo, proporcionando definiciones, terminología y normas internacionales para los métodos, los niveles, las escalas y tipos de zonificación. Las directrices también promueven el uso de los principios de gestión de riesgos cuantitativos, esenciales para comparar el riesgo de deslizamientos con los riesgos relacionados a otras amenazas y con los criterios de tolerancia de pérdidas de vida. Esta metodología muestra la aplicabilidad de la susceptibilidad a deslizamientos y zonificación de peligros en diferentes escalas. Varios ejemplos de zonificación, en referencia a los deslizamientos activos, inactivos y ocasionalmente reactivados, proporcionan una visión y realce de las relaciones entre los diferentes métodos, niveles y tipos de zonificación. La obtención de resultados también señala la importancia de una correcta caracterización de los procesos que conducen a deslizamientos para producir mapas confiables de sensibilidad y zonificación de riesgos (Cascini, 2008).
2.5.
ACTIVIDAD ANTRÓPICA
En lo que respecta a la actividad antrópica en la ciudad de Quito, el crecimiento de la ciudad de Quito desde 2001 hasta 2010, año correspondiente al último censo poblacional realizado en el Ecuador por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC, 2014) está orientado preferentemente hacia los extremos: Noreste, centro este, sur este y sur oeste del límite de la zona urbana, además existen varios asentamientos humanos al centro oeste de la ciudad en las laderas del volcán Pichincha. En esta figura se observa que el crecimiento de la población está en dirección norte, este y sur que son zonas que están representadas en color verde. El crecimiento de la población se ha acelerado a un ritmo vertiginoso en los últimos 24 años, como se puede evidenciar en la Tabla 7, que muestra los datos de los tres últimos censos poblacionales realizados en el país. 31
AÑO 2010 2001 1990
PROVINCIA CANTÓN POBLACIÓN 2,239,191 PICHINCHA QUITO 1,839,853 1,409,845
Tabla 7. Censo poblacional del cantón Quito (1990, 2001 y 2010). Fuente: INEC, 2014.
Esto es alarmante ya que como se muestra en la Tabla 8, la variación de la densidad poblacional para el caso de Quito es de 4,347.98 habitantes por km2, lo que significa que la población actualmente busque ubicarse a las afueras de la ciudad, generando que el factor condicionante de actividad antrópica amplíe su área de influencia.
Parroquia
Población
Superficie de la parroquia (km2)
Densidad Poblacional
QUITO
1,619,146
372.39
4,347.98
ALANGASI
24,251
29.43
824.02
AMAGUAÑA ATAHUALPA (HABASPAMBA) CALACALI CALDERON (CARAPUNGO) CONOCOTO
31,106
56.30
552.50
1,901
70.18
27.09
3,895
190.22
20.48
152,242
78.89
1,929.80
82,072
38.63
2,124.57
CUMBAYA
31,463
21.12
1,489.73
CHAVEZPAMBA
801
12.31
65.07
CHECA (CHILPA)
8,980
89.56
100.27
EL QUINCHE
16,056
74.69
214.97
GUALEA
2,025
120.86
16.75
GUANGOPOLO
3,059
10.19
300.20
GUAYLLABAMBA
16,213
55.44
292.44
LA MERCED
8,394
31.71
264.71
LLANO CHICO
10,673
7.90
1.351.01
LLOA
1,494
539.97
2.77
NANEGAL
2,636
245.77
10.73
NANEGALITO
3,026
124.67
24.27
NAYON
15,635
16.11
970.52
NONO
1,732
214.28
8.08
PACTO
4,798
347.16
13.82
PERUCHO
789
9.80
80.51
PIFO
16,645
254.24
65.47
PINTAG
17,930
490.49
36.56
32
Parroquia
Población
Superficie de la parroquia (km2)
Densidad Poblacional
POMASQUI
28,910
23.59
1,225.52
PUELLARO
5,488
70.93
77.37
PUEMBO
13,593
31.77
427.86
SAN ANTONIO
32,357
111.41
290.43
SAN JOSE DE MINAS
7,243
308.00
23.52
TABABELA
2,823
25.33
111.45
TUMBACO
49,944
65.25
765.43
YARUQUI
17,854
71.95
248.14
ZAMBIZA
4,017
7.41
542.11
TOTAL
2,239,191
4,217.95
Tabla 8. Densidad poblacional del cantón Quito por parroquias. Fuente: INEC, 2014.
Como resultado de este aumento poblacional, el nivel de amenaza incrementará significativamente en un futuro cercano, sobre todo si se tiene en cuenta la proyección poblacional realizada por el INEC desde el último año del censo poblacional que fue el 2010 hasta el año 2020 (Tabla 9). CANTÓN
Quito
AÑO 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
POBLACIÓN 2,319,671 2,365,973 2,412,427 2,458,900 2,505,344 2,551,721 2,597,989 2,644,145 2,690,150 2,735,987 2,781,641
Tabla 9. Proyección poblacional hasta 2020 para el cantón Quito. Fuente: INEC, 2014.
33
3. METODOLOGÍA
3.1.
ÁREA DE ESTUDIO
El área de estudio se encuentra ubicada en el valle de Quito, que forma parte de la Hoya de Guayllabamba en las faldas orientales del estrato volcán activo Pichincha, en la Cordillera Occidental de los Andes Septentrionales de Ecuador, entre 2,800 y 3,100 msnm (Figura 2). Esta zona está delimitada por el volcán Casitagua por el norte, la falla geológica Quito-Ilumbisí conocida también como Falla de Quito por el este, las faldas orientales del Pichincha por el oeste y por el Volcán Atacazo por el sur. Sus dimensiones aproximadas son de 50 km de longitud en dirección sur-norte y 8 km de ancho de este a oeste. En Ecuador, debido a la subducción de la placa de Nazca en la Sudamericana, se producen esfuerzos sobre los bordes de estas placas que producen fracturas en el interior de éstas a las cuales se las conoce como fallas geológicas. Existen dos sistemas de fallas activas el Pallatanga-Chingual y las que atraviesan la región Subandina e Interandina con una extensión de más de 200 kilómetros, pudiendo causar sismos de hasta 7.2 en escala de Rither en la ciudad de Quito. Además, este sistema de fallas puede tener origen submarino como es el caso de la fosa de subducción del Océano Pacífico que se encuentra a una distancia aproximada de 200 kilómetros de Quito y que podría ocasionar sismos mayores a 7.7 grados en escala de Rither en esta ciudad (Diario La Hora, 2010).
34
Figura 2. Ubicación del área de estudio. Fuente: IGM (2011).
Como se puede observar en la Figura 3, la Megafalla Dolores-Guayaquil es el límite estructural del Bloque de la Costera ecuatoriana que está acrecionado a la cordillera de los Andes. Este sistema de fallas presenta diversos estados de deformación, siendo normal en el golfo de Guayaquil, de rumbo dextral a lo largo de la falla de Pallatanga y de la falla Chingual-La Sofía y compresivo en la región de la Depresión Central entre Riobamba y Quito Lavenu (2006).
35
Figura 3. Principales rasgos morfo-estructurales de los Andes de Ecuador. Fuente: Lavenu (2006).
De acuerdo a los principales rasgos simotectónicos del Ecuador, la ciudad de Quito se encuentra atravesada por una falla geológica localizada al oriente de la Cordillera Occidental con dirección aproximadamente NNE y extensión de 45 km (Alvarado, 2009 citado por Taipe, 2013), formando una zona de sismicidad interplaca superior, donde el mecanismo encontrado por inversión de ondas corresponde a un movimiento inverso, según lo descrito por Alvarado (2012) citado por Taipe (2013).
3.1.1.
Condiciones climáticas
El clima está determinado por la incidencia de factores meteorológicos. Las condiciones climáticas dependen de la ubicación geográfica, la topografía, el tipo de cobertura (vegetal, acuosa, etc.) y la época del año, teniendo dos tipos de clima en la ciudad de Quito; ecuatorial mesotérmico semi húmedo y ecuatorial de alta montaña (Pourrut, 1989). El clima ecuatorial mesotérmico semi húmedo a húmedo se presenta sobre el valle de Quito y se caracteriza por tener una temperatura media anual que fluctúa entre 12 y 36
20°C con un régimen pluviométrico con dos estaciones secas (junio-septiembre y diciembre-enero) y dos lluviosas (febrero-mayo y octubre-noviembre), siendo marzo y abril los meses más lluviosos y julio y agosto los más secos (Pourrut, 1989). Según Pourrut, (1989) el clima ecuatorial de alta montaña se presenta sobre los 3200 msnm con una temperatura media anual que oscila entre 4 y 8°C. En los periodos comprendidos entre octubre y mayo se registra una mayor pluviosidad que puede llegar a los 3000 mm. Se tiene un período seco que va desde junio a septiembre, las temperaturas suelen ser más cálidas, sobre todo durante la tarde, mientras que el resto del año la temperatura suele ser templada, donde las precipitaciones son del orden de 250 mm (Figura 4). La temperatura media anual reportada en el Anuario Meteorológico No. 52-2012 por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI, 2015) para la ciudad de Quito está entre 6,4 y 17°C. La población de Cumbayá en el Valle de Tumbaco es el lugar más cálido de la ciudad así como la mayoría de los valles que rodean a la ciudad con temperaturas que alcanzan los 30°C al mediodía. Debido a su posición geográfica, la ciudad de Quito recibe niveles extremos de radiación solar todo el año, siendo uno de los lugares de la tierra que más la recibe, llegando a recibir hasta 24 UVI (Índice Ultra Violeta) (Diario el Universo, 2008).
Figura 4. Mapa de precipitación promedio anual del área de estudio. Fuente: MAGAP (2002).
37
3.1.2. Caracterización geológica general En la zona en estudio se pueden identificar varias zonas geomorfológicas como: El flanco oriental del Volcán Pichincha, la cuenca interandina, los relieves antrópicos y los flancos de la caldera de Lloa. Quito que forma parte del Valle Interandino, se encuentra en una depresión tectónicageomorfológica situada entre las Cordillera Occidental y Real, de dirección N-S a NNESSW, que empezó a formarse desde el Mioceno Tardío-Plioceno, presumiblemente desde el norte (Winkler et al., 2002 citado por Taipe, 2013). La depresión se encuentra rellena por unidades volcano-sedimentarias y está limitada por fallas asociadas a los principales límites estructurales de las cordilleras. El espesor de la corteza bajo la cuenca de Quito se ha estimado en aproximadamente 50 km (Robalino, 1976 citado por Taipe, 2013). Sin embargo, Alvarado (2012) citado por Taipe (2013) al basarse en la distribución de la sismicidad en profundidad, fija la base de la corteza continental en 40 km.
3.1.3. Fallas geológicas La falla de Quito está compuesta por seis segmentos que atraviesan el oriente de la cuidad y se evidencia en la formación de una cadena de colinas que avanzan por el perfil oriental de la ciudad: El Tablón, San Miguel, Puengasí, La Bota-Batán-Lumbisí, El Inca, Catequilla-Bellavista como se puede observar en la Figura 5.
Figura 5. Ubicación de las fallas de Quito. Fuente: Diario La Hora, 2010.
38
Las fallas más peligrosas para un área poblada son las superficiales, porque hay sismos que se generan en zonas de subducción (proceso mediante el cual parte de la corteza oceánica se sumerge bajo otra placa de carácter continental), que provocan el rompimiento de las placas tectónicas muy profundas que disipan la energía. Es decir que los más riesgosos son los sismos de fallas superficiales que están debajo de las ciudades, por lo que el mal manejo de las canteras, taludes y los asentamientos humanos es preocupante. En la historia de la ciudad se han registrado 3 sismos de gran magnitud, todos relacionados con la falla geológica, y coincidentemente han ocurrido en agosto: 1587, 1990 y 2014, el más fuerte ocurrió en 1587 y alcanzó los 6.3 grados en la escala de Richter, causando daños en iglesias y viviendas en lo que hoy es el Centro Histórico. Para el caso de la ciudad de Quito, se estima que los sismos relacionados con los volcanes, no pueden alcanzar una escala mayor a 4 grados en la escala de Richter debido a que la profundidad sísmica se considera superficial y va de 1 a 10 kilómetros (Diario La Hora, 2010).
3.1.4. Formaciones geológicas y depósitos superficiales Regionalmente la secuencia estratigráfica tiene las siguientes unidades litológicas: Volcánicos Pichincha, Volcano-Sedimentos del Machángara, Cangahua, Ceniza Volcánica y los depósitos aluviales, eluviales y coluviales. Además, se encuentran materiales que se caracterizan por tener sedimentos fluviales tipo arena con algunas tobas, caídas de ceniza, lahares, flujos de lodo intercalados con arenas media a gruesas de pómez y lapilli. En la parte Sur-Occidental del área de estudio, se ubican lomas donde se presentan restos de procesos glaciares, suavizados por la acumulación de productos piroclásticos (Dirección Nacional de Geología y Minas, 1978). En la Figura 6, según el Mapa Geológico General, Hoja Quito 65 SE, escala 1:50,000, editada por el Ministerio de Recursos Naturales y Energéticos, Dirección Nacional de Geología y Minas (1978), se observan las siguientes formaciones geológicas en la zona de estudio:
39
Formación Volcánicos Pichincha (Pleistoceno) (PP)
La edad de estos depósitos es cuaternaria. Esta formación está constituida por aglomerados (ag), andesita porfirítica (no) y lava indiferenciada (lv). No se observan afloramientos en el área del proyecto ya que está cubierta por el manto de cangagua (depósito lagunar de ceniza QL).
Formación Volcano - sedimentos Machángara (Pleistoceno) (PM)
La edad de estos depósitos es cuaternaria. Están formados por estratos de limoarenosos con capas finas de arena y lapilli. No se observan afloramientos en el área del proyecto, se encuentran cubiertas por un manto de cangagua QC (ceniza, ce; lapilli de pómez, pz).
Formación Volcánicos Atacazo (Pleistoceno) (PA)
La edad de estos depósitos es cuaternaria. Esta formación está constituida por andesita y lava indiferenciada (lv).
Formación Volcánicos Guayllabamba (Pleistoceno) (PV)
La edad de estos depósitos es cuaternaria. Esta formación está constituida por lava indiferenciada (lv).
Sedimentos Chiche (Pleistoceno) (PCh)
Esta formación está constituida por aglomerado volcánico, arenas, cenizas y toba aglomerática.
Unidad Macuchi> 8000 M (PcEM)
Este depósito está constituido por arenisca volcánica, limolita volcánica, volcaniclástica gruesa, lava indiferenciada y andesitas.
Formación Cangagua- Lacustre (Cuaternario) (QL)
Es un depósito lagunar de cenizas (depositado en ambiente lacustre), su compacidad es mayor que el de la cangagua, aparece como una consistencia blanda. 40
Formación Cangagua (Cuaternario) (QC)
Es un depósito de ceniza (ce) y lapilli de pómez (pz), tiene características de color café, varía de claro a oscuro, contiene material orgánico, su estructura tiene particularidades homogéneas y en algunos casos presenta espesores que son fuertes y otros que son débiles. Se ha determinado que en suelos donde existan variaciones climáticas y un mayor porcentaje de humedad, la cangagua toma características a limo arcilloso de color negro. En la zona del relieve montañoso, se presentan depósitos de una cangagua (QC) sobre unidad inferida (Formación volcánico – sedimentos Machángara PM).
Depósitos aluviales (Holoceno) (Da)
Se encuentran en el fondo de las quebradas y consisten en limos con arena y grava.
Depósitos eluviales y coluviales (Holoceno) (Dc)
En su mayoría son depósitos heredados de la cangagua y recubren las vertientes de quebradas.
Figura 6. Mapa geológico de la ciudad de Quito. Fuente: SIN, 2014.
41
Lahares (Lh)
Derrumbe (De)
Depósitos glaciares (dg)
3.1.5. Geomorfología La ciudad de Quito se encuentra en un valle alargado con dirección aproximada NorteSur, rodeada por un relieve montañoso. Al Este se encuentran las lomas de LumbisíBatán-La
Bota
con
alturas
máximas
de
3000
msnm
consideradas
como
levantamientos de tipo tectónico y al oeste los volcanes Ruco y Guagua Pichincha emplazados en la Cordillera de los Andes con una altura máxima de 4620 msnm (Figura 7). Esta depresión tiene 30 kilómetros de longitud y de 3 a 5 kilómetros de ancho (Alvarado, 1996).
Figura 7. Mapa de elevación de la ciudad de Quito. Fuente: Elaboración propia.
Esta estructura fue interpretada por Soulas, Egüez, Yepes, y Pérez (1991) como un escarpe vinculado a una falla inversa de buzamiento Oeste. Algunos perfiles permiten constatar que el escarpe está constituido por pliegues y flexuras que afectan los depósitos piroclásticos procedentes de los volcanes de la Cordillera Occidental. 42
La formación de esta depresión interandina, que corresponde geomorfológicamente a un relleno de sedimentos volcánicos, diferenciándose umbrales y niveles tectónicos, está directamente relacionada con la actividad del sistema de fallas inversas de Quito, evidenciado por una serie de lomas alargadas dirección N – NNE, situadas al este de la ciudad (Villagómez, 2003). Morfológicamente la ciudad de Quito se divide en dos subcuencas; Centro norte y sur, separadas por el río Machángara y el domo El Panecillo, Villagomez (2003). Como resultado de la presencia de estas elevaciones se evidencian fuertes pendientes y un gran número de quebradas, que forman ríos con una capacidad de carga alta, que dan lugar a la formación de cañones, los mismos que están bien marcados y en donde la erosión es intensa, especialmente en época lluviosa, provocando deslizamientos, erosiones de forma lineal y regresiva, a más de rupturas de taludes. El punto más bajo de Quito está en el sector del Condado a 2700 msnm y el más alto es la Cima de La Libertad a 3400 msnm. La estructura tectónica en donde se encuentra la zona de estudio (Figura 8), ha sido dividida en tres segmentos principales; Lomas Calderón – Catequilla, Lomas Batán – La Bota y Lomas Ilumbisí – Puengasí (Egüez y Alvarado, 1994; Villagómez 2003), que buzan hacia el oeste y probablemente empezaron a propagarse desde el norte en una serie de pulsos (Villagómez, 2003). La tasa de levantamiento máxima del sistema ha sido estimada en 0.8 mm/año y habría iniciado hace 0.5 Ma (Soulas et al., 1991; Villagómez, 2003). El mapa de ángulo de la pendiente del área de estudio, fue generado a partir de la base topográfica a escala 1:50,000 y curvas de nivel cada 20 m obtenida con la ayuda de Google Earth y las aplicaciones Global Mapper y ArcGis. Las pendientes fueron clasificadas en cinco clases (Tabla 10), de acuerdo a la clasificación del ángulo de pendiente para mapas geomorfológicos de Demek. (Demek, J., Embleton, C., Gellert, J.F., Verstappen, H.T., 1972).
43
Figura 8. Esquema tectónico simplificado de la cuenca de Quito. Fuente: Modificado de Villagómez (2003).
Categoría (°)
Ancho de clase (°)
Termino de pendiente
Gradiente (%)
0-2
2
Plano (planicie)
3.5
>2-5
3
Ligeramente inclinado
3.6-8.7
>5-15
10
Fuertemente inclinado
8.7-26.8
>15-35
20
Muy inclinado
26.8-70
>35-55
30
Empinado
70-143
>55-90
35
Vertical
143-
Tabla 10. Clasificación del ángulo de pendiente para mapas geomorfológicos Fuente: Demek, et al. 1972.
En la Figura 9, se muestra el mapa de pendientes del área de estudio. 44
Figura 9. Mapa de pendientes de la ciudad de Quito. Fuente: Elaboración propia.
3.1.6. Red hidrográfica El agua se reconoce como factor importante en la estabilidad de las pendientes, casi tan importante como la gravedad. La información sobre el nivel de la capa freática y sus
fluctuaciones,
raramente
se
encuentra
disponible.
Las
características
hidrogeológicas que se consideran son cambio en las presiones de poros o hidrostáticos y el comportamiento geomecánico (resistencia a la deformidad, compresibilidad, cohesión, etc.) En la Figura 10, se muestra la distribución de la red hidrográfica del área de estudio.
45
Figura 10. Red Hidrográfica del área de estudio. Fuente: IGM (2011).
3.1.7. Cobertura vegetal La cobertura vegetal es fundamental debido a la capacidad de interceptación de la humedad que tiene la vegetación en función de su tipo, densidad y área de cobertura, ya que lo antes mencionado constituye un factor de resistencia, favoreciendo a los procesos morfodinámicos como son la erosión y los deslizamientos. Según la Figura 11, el área de estudio cuenta con una cobertura vegetal importante alrededor de la zona urbana y en la Tabla 11, se encuentra la descripción detallada de del tipo de cobertura.
46
Figura 11. Mapa de Cobertura Vegetal. Fuente: MAGAP (2002).
47
Símbolo Ae Bi-Bp Bi-Pr Bi-Va Bi/Ap Bi/Bp Bi/Va Bn Bp Bp-Ce Bp-Pc Bp-Pn Bp-Va Bp/Cr Bp/Pc Bp/Va Cc Cc-Pc Cc-Va Cc/Ae Cc/Af Cc/Ap Cc/Bp Cc/Pc Cd Cd-Pc Cd/Bp Cd/Pc Ce Ce-Pc Ce/Ae
Descripción Área erosionada 50% bosque intervenido con 50% bosque plantado 50% bosque intervenido con 50% paramo 50% bosque intervenido con 50% vegetación arbustiva Bosque intervenido en áreas con proceso de erosión. 70% bosque intervenido con 30% bosque plantado 70% bosque intervenido con 30% vegetación arbustiva 100% bosque natural 100% bosque plantado 50% bosque plantado con 50% cultivo de cereales 50% bosque plantado con 50% pasto cultivado 50% bosque plantado con 50% pasto natural 50% bosque plantado con 50% vegetación arbustiva 70% bosque plantado con 30% cultivo de cereales 70% bosque plantado con 30% pasto cultivado 70% bosque plantado con 30% vegetación arbustiva 100% cultivo de ciclo corto 50% cultivo de ciclo corto con 50% pasto cultivado 50% cultivo de ciclo corto con 50% vegetación arbustiva Áreas erosionadas en las cuales aún se registran vestigios de cultivos de ciclo corto Cultivos de ciclo corto en áreas con fuerte proceso de erosión Cultivos de ciclo corto en áreas con proceso de erosión 70% cultivo de ciclo corto con 30% bosque plantado 70% cultivo de ciclo corto con 30% pasto cultivado 100% cultivo de cebada 50% cultivo de cebada con 50% pasto cultivado 70% cultivo de cebada con 30% bosque plantado 70% cultivo de cebada con 30% pasto cultivado 100% cultivo de cereales 50% cultivo de cereales con 50% pasto cultivado Áreas erosionadas en las cuales aún se registran vestigios de cultivos de cereales
Símbolo Cm/Ae Cm/Af Cm/Ap Cm/Bp Cm/Cc Cm/Cd Cr-Pc Er Pc Pc/Ae Pc/Af Pc/Ap Pc/Bi Pc/Bp Pc/Cc Pc/Cd Pc/Ce Pc/Cm Pc/Cp
Descripción Áreas erosionadas en las cuales aún se registran vestigios de cultivos de maíz Cultivo de maíz en áreas con fuerte proceso de erosión Cultivo de maíz en áreas con proceso de erosión 70% cultivo de maíz con 30% bosque plantado 70% cultivo de maíz con 30% cultivo de ciclo corto 70% cultivo de maíz con 30% cultivo de cebada 50% cultivo de frutales con 50 % pasto cultivado 100% afloramiento rocoso 100% pasto cultivado Áreas erosionadas en las cuales aún se registran vestigios de pasto cultivado Pasto cultivado en áreas con fuerte proceso de erosión pasto cultivado en áreas con proceso de erosión 70% pasto cultivado con 30% bosque intervenido 70% pasto cultivado con 30% bosque plantado 70% pasto cultivado con 30% cultivo de ciclo corto 70% pasto cultivado con 30% cultivo de cebada 70% pasto cultivado con 30% cultivo de cereales 70% pasto cultivado con 30% cultivo de maíz 70% pasto cultivado con 30% cultivo de papa
Pc/Pn
70% pasto cultivado con 30% pasto natural
Pc/Va
70% pasto cultivado con 30% vegetación arbustiva
Pn Pn/Af Pn/Ap Pr Pr-Va
100% pasto natural Pasto natural en áreas con fuerte proceso de erosión Pasto natural en áreas con proceso de erosión 100% paramo 50% paramo con 50% vegetación arbustiva
U
100% área urbana
Va
100% vegetación arbustiva
Va/Ap Va/Bi Va/Bp
Vegetación arbustiva en áreas con proceso de erosión 70% vegetación arbustiva con 30% bosque intervenido 70% vegetación arbustiva con 30% bosque plantado
48
Símbolo Ce/Af Ce/Pc Cm Cm-Pc Cm-Va
Descripción
Símbolo
Cultivo de cereales en áreas con fuerte proceso de erosión 70% cultivo de cereales con 30% pasto cultivado 100% cultivo de maíz
Va/Cc Va/Cd Va/Pc
50% cultivo de maíz con 50% pasto cultivado 50% cultivo de maíz con 50% vegetación arbustiva
Va/Pn
Descripción 70% vegetación arbustiva con 30% cultivo de ciclo corto 70% vegetación arbustiva con 30% cultivo de cebada 70% vegetación arbustiva con 30% pasto cultivado 70% vegetación arbustiva con 30% pasto natural
Tabla 11. Descripción del tipo de cobertura vegetal del área de estudio. Fuente: MAGAP (2002).
3.2.
MÉTODO HEURÍSTICO
La discriminación de los deslizamientos que son controlados por factores como el terreno, la geología, el clima, el uso del suelo y de la vegetación, etc., depende de la disponibilidad y calidad de los datos y la naturaleza de la zona de estudio (Yalcin, 2008 citado por Raman y Punia, 2012). Existen numerosas metodologías para la realización del mapa de susceptibilidad a deslizamientos. Los mapas realizados para la ciudad de Quito del presente estudio, se han basado en el método heurístico Mora Vahrson Mora que básicamente consiste en utilizar estrategias generales y reglas explicadas en el capítulo revisión de literatura correspondiente a los métodos heurísticos. Esto se debe principalmente a que es el método que mejor se ajusta a los datos existentes del área (no se contó con un inventario de deslizamiento o un mapa de deslizamientos preexistentes) para cumplir con los objetivos planteados, por lo que los resultados están sujetos a verificación. Por lo tanto, esta es la metodología utilizada con algunas modificaciones, que se ha considerado más adecuadas al área de estudio. Para el desarrollo del presente trabajo, se tuvieron en cuenta los siguientes factores geoambientales para el análisis de la susceptibilidad a deslizamientos: Pendiente, litología, fallas geológicas, vegetación, precipitaciones y red hidrográfica; que son los que hacen referencia a las características intrínsecas del terreno y condicionan la inestabilidad. Además, se consideró el núcleo de población para obtener el mapa de amenaza a los deslizamientos. La selección de estas variables dependió de los datos disponibles para el área de estudio, además de que estas se encuentran dentro de las variables comúnmente utilizadas en el método que fue utilizado. En primer lugar, se creó una base de datos de la cartografía de los factores condicionantes de la inestabilidad del terreno (información de libre acceso que pudo 49
ser obtenida); utilizando técnicas tradicionales, junto con otras de interpretación de imágenes de satélite, imágenes de sombreado del relieve a partir de modelos de elevación del terreno de alta resolución. Estos factores, fueron homogeneizados en cuanto a contenido, escala y formato gráfico, e integrados por medio de los SIG. El SIG permitió realizar dicho análisis mediante superposición de mapas temáticos de los diferentes factores condicionantes. Las fases de análisis fueron: Elección de variables, análisis de variables, obtención de resultados y representación de los mismos en mapas de susceptibilidad y amenaza. Estos mapas permitieron realizar la zonificación de la amenaza por deslizamientos y la posterior estimación de la exposición, en la zona caso estudio; teniendo en cuenta:
La importancia en la probabilidad de que se produzcan deslizamientos de una zona, y del riesgo de estos para la actividad humana.
La cuantificación de estos factores se presta a la subjetividad, aunque cabe mencionar que unos factores son más decisivos que otros.
Las variables que se usaron en este estudio para los análisis de susceptibilidad a los deslizamientos se detallan en la Tabla 12. Variable
Descripción
Obtención
Uso
Pendiente
El ángulo existente entre la superficie del terreno y la horizontal. Su valor viene expresado de 0º a 90º. La pendiente es el factor que más condiciona la aparición de deslizamientos.
Modelo digital de elevaciones.(Imagen Google Earth 2014)
Análisis de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos
Litología
Se estima la estabilidad del terreno en función sus características geológicas. La valoración se realiza de forma semicuantitativa, asignándole un valor numérico en función de los tipos de rocas y de suelos existente en la zona de estudio, dependiendo del grado de estabilidad que a priori presentan los suelos y rocas según su clasificación geológica.
A partir del mapa Geológico e Hidrogeológico Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP, 2005) – sistema Nacional de Información (SIN)
Análisis de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos
Fallas Geológicas
Se estima la estabilidad del terreno en función a las fallas geológicas presentes en el área de estudio debido a la susceptibilidad del terreno de presentarse un sismo o precipitaciones de fuerte magnitud. La valoración se realiza de forma semicuantitativa, asignándole un valor numérico en función de su área de influencia.
A partir del mapa Geológico e Hidrogeológico Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP, 2005) – sistema Nacional de Información (SIN
Análisis de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos
50
Variable
Descripción
Obtención
Uso
Vegetación
Hace referencia a los diferentes tipos de vegetación existentes en la zona de estudio. Se valora de forma semicuantitativa teniendo en cuenta la presencia o ausencia de vegetación y el tipo de vegetación. La presencia de vegetación disminuye la probabilidad de deslizamiento y la pérdida de cobertura vegetal aumenta la posibilidad de deslizamiento.
Mapa de cobertura vegetal Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP, 2002)
Análisis de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos
Precipitaciones
Indica la cantidad de precipitaciones en el área de estudio, factor que influye considerablemente en la estabilidad de los taludes, ya que después de épocas de grandes lluvias se suelen producir grandes deslizamientos, esto es debido a que la infiltración de agua en terreno, puede ocasionar un incremento de las fuerzas que tienden al deslizamiento.
Datos pluviométricos de la zona e interpolación de los datos. Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP, 2002)
Análisis de la susceptibilidad del terreno a los deslizamientos
Red Hidrográfica
La proximidad de una zona a una red hidrográfica implica un aumento de la posibilidad de deslizamiento. Esto se debe a que la presencia de agua en el terreno reduce la resistencia al corte de los materiales.
Mapa topográfico de Análisis de la Quito, Instituto Geográfico susceptibilidad del terreno Militar (IGM,2011) a los deslizamientos
La proximidad a zonas urbanas con alto índice de población implica exposición espacial.
Datos estadísticos provenientes del Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC,2014),Información geográfica base de la zona Urbana Instituto Geográfico Militar (IGM,2011)
Actividad Antrópica
Variables antrópicas para el análisis de la amenaza
Tabla 12. Variables usadas en este estudio.
La información del mapa topográfico de Quito, está a escala 1:50,000 en sistema de coordenadas común UTM de coordenadas WGS 84. Todas las capas temáticas formato vector se convirtieron en formato ráster para su posterior análisis en los SIG. Los conjuntos de datos ráster se dividieron en una cuadrícula de 10 m x 10 m de tamaño de la celda. Las principales técnicas que se utilizaron para la zonificación de amenaza por deslizamientos, son:
Métodos de SIG basado en el análisis de decisiones multicriterio (ADMC).
Integración de modelos SIG y ADMC, para identificar las estrategias para la elección de un método apropiado para la creación de mapas de susceptibilidad de deslizamientos (MSD).
En la Figura 12 se muestra el esquema general del análisis seguido en el presente trabajo.
51
ESQUEMA GENERAL DEL ANÁLISIS MAPAS INICIALES
MDT
HIDROGRAFÍA
Pendiente
GEOLOGÍA
VEGETACIÓN
PRECIPITACIÓN
DENSIDAD DE POBLACIÓN
Intensidad
Reclasificación de los datos
Zonas de influencia
Conversión a Formato Ráster
MAPA DE SUSCEPTIBILIDAD A LOS DESLIZAMIENTOS
MAPA DE ACTIVIDAD ANTRÓPICA
MAPA DE AMENAZAS A LOS DESLIZAMIENTOS Figura 12. Esquema general del análisis.
3.3.
ANÁLISIS DE LOS DATOS
Una vez obtenidas las variables principales para la generación de los mapas (datos obtenidos del IGM, SIN y MAGAP), se realizaron los siguientes análisis: 1. Obtención de los mapas de inicio (factores), comprenden las variables que influyen en la ocurrencia de los deslizamientos. 2. Estos mapas referidos a la zona de estudio son: Mapa de pendientes, mapa de áreas de influencia de la red hidrológica, mapa litológico, mapa de fallas geológicas, mapa de cobertura vegetal, y mapa de precipitaciones 3. Reclasificación de las variables en función de su posibilidad de interactuar en el movimiento de deslizamiento. Los valores de cada uno de los mapas obtenidos tienen diferentes significados y unidades de medida; para poder compararlos es necesario estandarizar sus valores a una misma unidad, en este caso se ha considerado conveniente emplear una escala numérica de 1 a 5 asignado a la variable código (COD), en esta escala: 1 representa la
52
más baja potencialidad y 5 la más alta potencialidad del criterio a provocar deslizamientos que permitirá más adelante realizar las operaciones correspondientes. Para cada factor condicionante se realizó la siguiente reclasificación:
3.3.1. Pendientes Las pendientes y la influencia climática pueden constituir una medida indirecta sobre las características hidrológicas del paisaje. Algunas características importantes asociadas con los deslizamientos están relacionadas con factores tales como la recarga de aguas subterráneas, en otros casos la pendiente puede experimentar un mayor número de ciclos hielo/deshielo o húmedo/seco, lo cual puede reducir la resistencia del suelo y hacer más susceptible el área a deslizamientos. La Tabla 13 muestra la reclasificación realizada para el factor condicionante pendientes, tomando en cuenta la clasificación del ángulo de pendiente para mapas geomorfológicos de Demek.
FACTOR CONDICIONANTE
PENDIENTE
COD
PENDIENTES (°)
CLASE
1 2 3 4 5
0-2 2-5 5-15 15-35 35-90
MUY BAJA BAJA MEDIA ALTA MUY ALTA
Tabla 13. Reclasificación del factor condicionante: Pendientes.
3.3.2. Red hidrográfica En el caso de la ciudad de Quito, la proximidad del terreno a los cursos de agua se considera como un factor importante en la caracterización de áreas susceptibles por lo que se realizó una categorización con una distancia de influencia estimada de acuerdo al criterio del autor (al no encontrar bibliografía referencial), como se muestra en la Tabla 14.
53
FACTOR CONDICIONANTE
COD
BUFFER (m)
CLASE
1
> 100
MUY BAJA
2
75-100
BAJA
3
50-75
MEDIA
4
25-50
ALTA
5
<25
MUY ALTA
RED HIDROGRÁFICA
Tabla14. Reclasificación del factor condicionante: Red Hidrográfica.
3.3.3. Litología Dentro de los factores condicionantes geológicos que inciden en los procesos de inestabilidad y son relativos a la propia naturaleza o características de las laderas, se deben tomar en cuenta dos consideraciones importantes: Litología (el tipo de suelo o roca determina la resistencia del suelo a degradarse y a sufrir inestabilidad) y estructura (la presencia de fallas locales, plegamientos o fisuras favorecen en el proceso del deslizamiento). La litología es una de las principales variables ambientales que interviene en la inestabilidad del terreno. Esta puede ser valorada a partir de varias propiedades como: Composición mineralógica o tipo de material, textura, estructura, grado de meteorización y grado de fracturamiento. En la Tabla 15, se muestra la ponderación realizada para la litología presente en el área caso estudio, tomando en cuenta la litología y su permeabilidad de acuerdo con la relación efectuada de la Tabla 2, Mora (2004). COD
LITOLOGÍA
PERMEABILIDAD
CLASE
1 2
Unidad Macuchi 8,000 m Cangahua
MUY BAJA BAJA
MUY BAJA BAJA
3
Volcano sedimentos Machángara, sedimentos Chiche, volcánicos Guayllabamba/Indiferenciado, volcánicos del Pichincha, volcánicos del Atacazo
MEDIA
MEDIA
MEDIA A ALTA
ALTA
MUY ALTA
MUY ALTA
4 5
Cangahua, depósitos glaciares, lahares Depósitos aluviales, depósitos coluviales, derrumbe, terrazas indiferenciadas
Tabla 15. Reclasificación del factor condicionante: Litología.
54
En esta clasificación no se toma en cuenta las condiciones locales de meteorización y aunque esta información es muy útil en el análisis de susceptibilidad a deslizamientos, no es parte del presente estudio.
3.3.4.
Fallas geológicas
Las características geológicas de una zona, es decir su litología, estratigrafía (orientación y ángulo de inclinación), discontinuidades estratigráficas y estructurales y el grado de alteración, pueden presentar un factor de inestabilidad permanente. Las fallas son zonas debilitadas que permiten la infiltración de agua y dependiendo de la formación litológica que se vea afectada, el material sufrirá diferentes efectos, dado que la forma de la superficie de la falla está condicionada a las características geológicas de los materiales, se presentan fallas de tipo transicional, planar, circular y curvas no circulares. Los movimientos sísmicos construyen el segundo factor desencadenante de los deslizamientos, estos ocurren si las vibraciones sísmicas son los suficientemente fuertes como para provocar la inestabilidad de aquellas zonas susceptibles, fundamentalmente por la activación de grietas y fallas debidas mayoritariamente a esfuerzos extensionales. Se realizó una función buffer alrededor de las fallas geológicas con la finalidad de considerar el efecto de las mismas sobre las zonas aledañas. Como se muestra en la Tabla 16, se tomaron distancias estimadas a criterio del autor (al no encontrar bibliografía referencial) por la influencia de estas cuando ocurren sismos de pequeña escala, porque estos actúan como factor desencadenante al activar deslizamientos. La acción de un sismo produce un triple efecto desestabilizador, dado que generan: El aumento de esfuerzo cortante actuante, la diminución de la resistencia por aumento de la presión de poros y la deformación misma del suelo asociada a la onda sísmica; pudiéndose llegar a la falla cortante. FACTOR CONDICIONANTE
FALLAS GEOLÓGICAS
COD
BUFFER (m)
CLASE
1
> 500
MUY BAJA
2
400-500
BAJA
3
300-400
MEDIA
4
150-300
ALTA
5
< 150
MUY ALTA
Tabla 16. Reclasificación del factor condicionante: Fallas geológicas.
55
3.3.5. Cobertura vegetal El tipo y densidad de vegetación frecuentemente reflejan zonas de humedad y zonas con variaciones en las aguas subterráneas. La presencia de estas especies sugiere una capa freática cerca de la superficie o la presencia de manantiales, mientras que otro tipo de vegetación se encuentra en zonas con características diferentes. Sin embargo, en zonas donde no existe vegetación o esta es muy escaza, se presenta mayor susceptibilidad a deslizamientos. La Tabla 17 muestra la reclasificación realizada para este factor condicionante, propuesta por la SGR, 2015 y modificada de acuerdo a los datos de la zona de estudio.
FACTOR CONDICIONANTE
COD 1 2
3 COBERTURA VEGETAL 4
5
USO 100% Bosque, 100% cultivo Páramo, Pasto, 100% vegetación arbustiva, bosque intervenido en áreas con proceso de erosión, 70% cultivo de ciclo corto y 30% pasto cultivado o bosque plantado 50% bosque, 70% vegetación arbustiva, cultivos de cereales con fuertes procesos erosivos Área erosionada, ….proceso de erosión, área urbana, afloramiento rocoso
CLASE MUY BAJA BAJA
MEDIA
ALTA
MUY ALTA
Tabla 17. Reclasificación del factor condicionante: Cobertura vegetal.
3.3.6. Precipitaciones El factor de más notoria influencia en la ocurrencia de los deslizamientos es la acción directa o indirecta del agua y sus mecanismos de infiltración, escurrimiento y movilidad. El valor de la precipitación está dado por la cantidad de agua caída por un tiempo determinado, y medida como la altura de la capa de agua que habría de formarse si se hubiese evitado la evapotranspiración y la escorrentía. Las intensas precipitaciones constituyen un factor de significativa influencia, puesto que la saturación del agua en los espacios intergranulares en las rocas provoca el 56
debilitamiento de las condiciones estáticas de las fuerzas de fricción o agarre intergranular, y por ende el colapso por deslizamiento de bloques o masa enteras. Es fundamental considerar el factor desencadenante de precipitación principalmente cuando se presentan condiciones climáticas agresivas. A continuación se muestra la Tabla 18 de reclasificación de rangos de precipitación en el área de estudio, donde se tomaron rangos estimados de la precipitación de la zona de estudio en relación a lo propuesto por la SGR, 2015: FACTOR CONDICIONANTE
COD
PRECIPITACIÓN (mm)
PRECIPITACIÓN
1 2 3 4 5
250-750 750-1250 1250-1750 1750-2500 2500-3000
Tabla 18. Reclasificación del factor: Precipitación.
3.3.7.
Ponderación de variables
Para poder combinar los criterios de los mapas reclasificados en un mapa final, se deben asignar valores de ponderación que representen la participación de cada una de las variables en el proceso de deslizamientos, por lo que los criterios que tengan mayor participación en el proceso demandaran un mayor valor. Los valores de la ponderación en función de su interacción con los deslizamientos, utilizados en este análisis (Tabla 19), se detallan a continuación:
Variable
Valores de Ponderación
Pendiente
20%
Litología Fallas geológicas Precipitación
20%
20%
Vegetación
20%
Hidrología
10%
10%
Tabla 19. Valores de ponderación según variable.
Los valores de la ponderación se tomaron del informe “Probabilidad de Ocurrencia de Movimientos en Masa, Escenario Trimestral Abril-Junio 2015” elaborado por la Secretaría de Gestión de Riesgos. No se colocaron los valores exactos debido a que 57
en la metodología presentada no se considera el factor condicionante: Redes hidrográficas, además de que este estudio ha utilizado otros factores adicionales. La obtención del mapa de susceptibilidad, una vez realizada la superposición del área de la zona de estudio se clasifica en cinco clases en función de los valores obtenidos:
(1) Muy baja susceptibilidad a deslizamientos
(2) Baja susceptibilidad a deslizamientos.
(3) Media susceptibilidad a deslizamientos.
(4) Alta susceptibilidad a deslizamientos.
(5) Muy alta susceptibilidad a deslizamientos.
Mapa de actividad antrópica: Los factores antrópicos son una variable muy importante a tener en cuenta en el aumento de susceptibilidad a los deslizamientos: La construcción de una carretera, el vertido de aguas negras a una quebrada, o la urbanización masiva en ciertas zonas inciden directamente en la generación de los deslizamientos. Por lo que se generó un mapa de actividad antrópica considerando las vías de comunicación y la zona urbana (aplicando una zona de influencia como se muestra en la Tabla 20) siendo áreas en la que se concentran las actividades humanas.
FACTOR
ACTIVIDAD ANTRÓPICA
COD
BUFFER (m)
CLASE
1
> 150
MUY BAJA
2
100-150
BAJA
3
75-100
MEDIA
4
50-75
ALTA
5
< 50
MUY ALTA
Tabla 20. Reclasificación de la actividad antrópica.
Para la elaboración de estos mapas se tomaron en cuenta la zona urbana y las vías externas (Figura 14) por el impacto sobre el entorno del área de estudio. Para esto se utilizó la misma reclasificación para cada factor. En la Figura 13 se observa que solamente la zona cercana a la cumbre del volcán Pichincha no tiene afectación por actividad antrópica, principalmente debido a las condiciones del terreno (fuertes pendientes).
58
Figura 13. Mapa de actividad antrópica, zona urbana y vías externas. Fuente: IGM (2011).
Al incorporar el mapa de susceptibilidad y el de actividad antrópica de forma ponderada, con coeficientes de 60 y 40% respectivamente estimados a criterio del autor (al no encontrar bibliografía referencial), se obtuvo el mapa de amenaza y exposición a los deslizamientos. El mapa se clasificó en cinco zonas de amenaza muy baja, baja, media, alta y muy alta. De acuerdo a los resultados obtenidos del mapa de amenazas a deslizamientos, se pudo calcular el área de la zona urbana que se encuentra dentro de las zonas de amenaza alta y muy alta, siendo de 44,137 km2. Según los datos del último censo realizado por el INEC en el año 2010, se obtiene que la densidad poblacional para el área de estudio es de 4,347.98 habitantes por km2 (Tabla 8).
59
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1.
RESULTADOS
Como resultado de la aplicación del método heurístico y la reclasificación de los factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos en la zona de estudio se obtuvieron los siguientes mapas:
4.1.1. Pendientes Como se puede observar en la Figura 14, a lo largo de la zona urbana se tienen pendientes que van de muy bajas, bajas, a medias, según la reclasificación realizada. Mientras que hacia las afueras de la ciudad el nivel de amenaza va ascendiendo de medio a alto principalmente hacia las estribaciones del volcán Pichincha.
60
Figura 14. Mapa de reclasificaciรณn del factor condicionante: Pendiente
61
4.1.2. Red hidrográfica La Figura 15 presenta las zonas de influencia directa que tienen los ríos y riachuelos a lo largo de la zona de estudio. Como se puede observar hacia las zonas más altas, principalmente del volcán Pichincha, la red hidrográfica es bastante densa por lo que constituye una zona mayormente susceptible a deslizamientos.
Figura 15. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Red hidrográfica.
62
4.1.3. Litología La reclasificación realizada del factor condicionante: Litología, muestra que a lo largo del asentamiento humano se encuentran zonas de alta o muy alta susceptibilidad a los deslizamientos debido a la litología presente en la zona, mientras que hacia el volcán Pichincha va de media a alta como se puede observar en la Figura 16.
Figura 16. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Litología.
63
4.1.4. Fallas geológicas En la zona de estudio, las fallas geológicas tienen dirección preferencial noreste – suroeste como se puede observar en la Figura 17 y al estar ubicadas mayormente al este y sureste indican una zona muy clara con alta susceptibilidad a los deslizamientos en caso de presentarse un sismo.
Figura 17. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Fallas geológicas.
64
4.1.5. Cobertura vegetal La reclasificación del mapa de cobertura vegetal (Figura 18) muestra que aproximadamente el 80% del área de estudio se encuentra cubierta por una zona erosionada o en proceso, por la zona urbana y por afloramientos rocosos, que al no tener cobertura vegetal son más propensos a sufrir filtración y posibles deslizamientos en un mayor grado a comparación de las zonas con cobertura vegetal.
Figura 18. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Cobertura vegetal.
65
4.1.6. Precipitaciones En la Figura 19 se puede observar según la reclasificación, que hacia el suroeste existe un mayor incremento de susceptibilidad a deslizamientos debido a que esta zona muestra mayores precipitaciones.
Figura 19. Mapa de reclasificación del factor condicionante: Precipitación.
66
4.1.7. Susceptibilidad a los deslizamientos En este trabajo, al tener en cuenta los factores condicionantes (pendiente, red hidrográfica, litología, fallas geológicas y cubertura vegetal) y el factor desencadenante precipitación para el análisis de la susceptibilidad a deslizamientos, se obtuvo el mapa de zonificación de susceptibilidad a los deslizamientos (Figura 20).
Figura 20. Mapa de susceptibilidad a los deslizamientos
67
4.1.8. Actividad antrópica La Figura 21 muestra el mapa de reclasificación de la actividad antrópica correspondiente a las vías que se encuentran fuera de la zona urbana, mientras que la Figura 22 representa al mapa de reclasificación de la actividad antrópica zona urbana.
Figura 21. Mapa de reclasificación del factor: Actividad antrópica – vías.
68
Figura 22. Mapa de reclasificación del factor: Actividad antrópica – zona urbana.
69
4.1.9. Amenaza a los deslizamientos El mapa de susceptibilidad al ser ponderado con el mapa de actividad antrópica dio como resultado el mapa de amenazas a los deslizamientos, que se muestra a continuación: Como se puede observar en la Figura 23, el mapa de amenaza a los deslizamientos necesita ser verificado con datos de campo, debido a que no se pudo utilizar una metodología que involucrara un inventario de deslizamientos. Esta información debe ser utilizada cuidadosamente, aunque como se puede observar, ofrece una idea clara de las zonas donde la susceptibilidad a los deslizamientos es mayor con relación al núcleo poblacional.
4.1.10.
Cuantificación de la población expuesta a la amenaza
El cálculo realizado para obtener la cuantificación de la población expuesta a la amenaza por deslizamientos con los datos del área de la zona urbana que se encuentra en la zonas de amenaza altas y muy altas y la densidad poblacional del área de estudio obtenidos da como resultado que 191,907 habitantes de la ciudad de Quito, están expuestos a la amenaza por deslizamientos teniendo en consideración que la densidad poblacional es del año 2010. Según los datos que se muestran en la Tabla 9 obtenidos del INEC, 2014; se puede tomar la proyección de la población para el cantón Quito, que para el año 2015 será de 2.505,344 habitantes, lo que resulta en un incremento aproximado del 11% con respecto al año 2010, esto corresponde a 4,864.79 habitantes por km2, por lo que para efectos del cálculo al año actual los habitantes expuestos a la amenaza por deslizamientos es de 214,718 aproximadamente.
70
Figura 23. Mapa de amenazas por deslizamientos
71
4.2.
DISCUSIÓN
Las metodologías propuestas de los dos tipos de métodos cuantitativos comúnmente utilizadas en este tipo de estudios que han sido aceptados, ampliamente difundidos y aprobados son los determinísticos y estadísticos. Estos métodos han sido empleados en Wart el al., 1981; Nash, 1987; Terlien et al., 1995; Atkinson y Massari, 1998; Aleotti y Chowdhury, 1999; Otoño y Azzam, 2001, entre otros citados por Kouli et al., 2009. Además, dentro del análisis por métodos estadísticos se contemplan el análisis bivariado, multivariado, la regresión logística, la lógica difusa, etc. En tanto al desarrollo de metodologías cuantitativas tenemos a autores como Carrera et al., 1995; Van Western et al., 1997, Aleotti y Chowdury, 1999; Dai et al., 2002; Ercanoglu y Gokceoglu, 2004; Lee et al., 2004; Komac 2006; Caniani et al., 2008 citados por Kouli et al., 2009. Sin embargo, en este caso de estudio la principal limitación fue la falta de información de un inventario de deslizamientos en la zona de estudio para poder realizar alguno de los métodos estadísticos más utilizados que permita obtener mejores resultados utilizando los factores condicionantes y desencadenantes que se obtuvieron de la zona de estudio. En cuanto a la metodología utilizada, existen varias consideraciones como las que se describen a continuación:
El Triangulated Irregular Network (TIN), y por lo tanto, las capas de pendientes se
han generado a partir de curvas de nivel a 20 metros, con las limitaciones de escala que esto conlleva.
Los factores empleados son claros y la terminología utilizada es ampliamente
aceptada, además incluye los factores condicionantes y desencadenantes más significativos desde el punto de vista de inestabilidad.
La metodología divide el área de estudio en zonas de comportamiento similar y
provee una base para entender las características de cada una.
La estimación de los cálculos de susceptibilidad se encuentran relativizados
siempre dentro del área de estudio.
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Para el desarrollo de este método fue indispensable la combinación de varios factores y parámetros, los cuales se obtuvieron de la observación y medición de indicadores morfodinámicos y su distribución espacio-tiempo, es así como se consideró que el grado de susceptibilidad al deslizamiento es el producto de los elementos pasivos o factores desencadenantes. Existen un sin número de factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos, lamentablemente obtener todos los datos para cuantificar estos factores no es fácil, aunque para el desarrollo de este estudio se contó con 7 variables aceptadas en el desarrollo de la metodología utilizada, siendo estas: Pendiente, red hidrológica, litología, fallas geológicas, cobertura vegetal, precipitaciones y actividad antrópica. Los principales factores desencadenantes son las precipitaciones, los sismos y hasta cierto punto la actividad antrópica; en este estudio no se tuvieron en cuenta los sismos al no contar con un inventario detallado de ocurrencia de éstos para la zona de estudio, aunque se consideraron las principales fallas y fisuras geológicas del área como sitios de debilidad del terreno susceptibles a deslizamientos, no solo por ocurrencia de sismos sino también por si se presentan fuertes precipitaciones. Adicionalmente, no fue posible obtener un inventario de deslizamientos del área de estudio. Un inventario con el detalle suficiente para la realización de este estudio pudo haber sido elaborado y corroborado con visitas al campo, si se hubiese contado con más tiempo para la elaboración del presente trabajo. No se logró realizar una validación de los resultados obtenidos al no contar con información verificada como es el caso de un inventario de deslizamientos de la zona, o con visitas de campo. Además, hay que considerar que este estudio fue realizado bajo un único evento climático ya que los datos de precipitación utilizados de la zona, corresponden al promedio anual. La influencia de las pendientes en la ocurrencia de los deslizamientos es más fácil de entender debido a que la geometría de las laderas y por ende sus pendientes son factores determinantes en su estabilidad general. La inclinación está asociada a la efectividad de la fuerza de gravedad lo que hace que generalmente las pendientes más inclinadas tengan más probabilidad de deslizamientos, sin embargo esto no excluye la posibilidad de que puedan generarse deslizamientos en zonas de pendientes suaves. 73
El mapa de pendientes proporciona una aproximación a la topografía del terreno. La pendiente permite en cierto modo, medir la calidad del terreno y su vulnerabilidad a los deslizamientos ya que es una condición determinante en la generación de movimientos en masa. En la Figura 9 la pendiente máxima de la zona es de 39°, mientras que la pendiente mínima es de 0° es decir terreno plano. Las pendientes más pronunciadas se presentan tanto al oeste como al este de la zona de estudio, en las quebradas y áreas aledañas a los cursos de agua especialmente. Las laderas de mediana y baja inclinación aparecen en la parte media, próxima a las vías de acceso y a lo largo de la ciudad. Continuando con el análisis se procedió a realizar una reclasificación de este factor condicionante como se presenta en la Tabla 13, siguiendo los parámetros diseñados por Demek para la clasificación del ángulo de pendiente para mapas geomorfológicos, debido a que estos ángulos son los que inciden directamente en la estabilidad de las pendientes. Según el mapa de reclasificación del factor condicionante pendiente (Figura 14), aproximadamente un 40% de la zona de estudio se caracteriza por un relieve suave con pendientes entre 0 a 5° que corresponden mayormente a la zona urbana, mientras que el resto del área comprende a zonas de pendiente fuertemente inclinada a empinada, es decir una susceptibilidad a los deslizamientos de media a alta según la reclasificación del factor condicionante pendientes. El mapa de susceptibilidad a los deslizamientos de la Figura 20 muestra resultados muy similares a los de la Figura 14, donde se puede observar que hacia el centro este, el oeste y el sur de la zona de estudio una susceptibilidad que varía de media a muy alta, mientras que la zona urbana en su gran mayoría se encuentra dentro del área de susceptibilidad muy baja; es decir, este mapa se encuentra íntimamente ligado al mapa de pendientes. La erosión fluvial al pie de laderas es el factor condicionante más usual en la generación de deslizamientos, especialmente en las zonas de intensa morfología y densas redes de drenaje principalmente las zonas próximas a áreas pobladas convirtiéndolas en zonas altamente susceptibles, como es el caso de la zona de estudio.
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La Figura 10 muestra como la red hidrográfica se densifica hacia las afueras de la zona urbana, prioritariamente al noroeste, al centro este y hacia el sur del área de estudio, donde se encuentran las principales elevaciones que la circundan, con fuertes pendientes y numerosas quebradas, donde los cursos de agua se dirigen hacia los lugares más bajos que son donde se encuentra ubicada la ciudad. Como se puede observar en el mapa de reclasificación del factor condicionante red hidrográfica (Figura 15), a lo largo del volcán Pichincha se encuentra la mayor red hidrográfica en la zona de estudio. En el caso de la ciudad de Quito, se encuentra la microcuenca del rio Machángara que cruza a la ciudad en dirección suroeste – noreste con una extensión de 5.3 km, siendo el río que tiene incidencia directa con la ciudad en cuanto a susceptibilidad a deslizamientos. Según la Figura 20, en la ciudad de Quito, se evidencia que la susceptibilidad a deslizamientos va de media a alta hacia el centro sur de la cuidad y hacia el sur este la susceptibilidad va de alta a muy alta, mientas que hacia el centro norte de la ciudad la susceptibilidad es muy baja a baja. Al analizar este mapa con el mapa de red hidrográfica se observa que estos están íntimamente relacionados debido a las tendencias que ambos muestran. En cuanto al tipo de litología, este factor tiene un papel preponderante en el comportamiento dinámico de las laderas. Su composición mineralógica, capacidad de retención de humedad, espesores y grado de meteorización, nivel de fracturación, buzamientos, posición y variación de los niveles freáticos, entre otras características, influyen en la estabilidad e inestabilidad del suelo, por tanto, es claro que las propiedades geotectónicas deben ser lo mejor conocidas posibles, sin embargo, esto no siempre puede alcanzarse y la evaluación debe hacerse tan solo a base de descripciones geológicas generales como es el caso de este estudio. La Figura 6 muestra la distribución litológica a lo largo de la zona de estudio, esta se encuentra compuesta principalmente por depósitos volcánicos, en su mayoría cenizas, tobas, arenas, lahares, aluviales, eluviales y coluviales, entre otros. Un 60 % de la zona de estudio se encuentra cubierta por depósitos de cangagua cuya principal característica es su consistencia blanda, por lo que no es resistente a la meteorización por agua y por viento ya que pierde su cementación y se disgrega con facilidad, haciendo que esta litología sea altamente susceptible a deslizamientos, principalmente en las colinas que rodean a la ciudad.
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Debido a que el desarrollo urbanístico de la ciudad ha seguido la dirección preferencial del Valle Interandino, ésta se encuentra suprayaciendo en litología con características de alta a muy alta susceptibilidad a deslizamientos (Tabla 15). Este hecho constituye una amenaza en caso de presentarse las condiciones idóneas para que ocurra este fenómeno, afectando directamente a la población, como es el caso del centro norte y sur de la zona de estudio como se observa en el mapa de reclasificación del factor condicionante litología (Figura 16), mientras que en las zonas que circundan la ciudad se evidencia que la susceptibilidad es baja de acuerdo con la reclasificación de esta variable. Estas zonas generalmente corresponden a lugares donde se desarrolla la actividad agrícola y ganadera en pequeña escala. Entre los factores desencadenantes se tiene al parámetro sismicidad, donde los movimientos sísmicos pueden activar deslizamientos que producen un efecto desestabilizador ya que se aumenta el esfuerzo, disminuye la resistencia por aumento de la presión de poro y la deformación misma del suelo, por lo que es necesario identificar las cercanías a fallas geológicas, volcanes y otras fuentes de energía sísmica y realizar un análisis de sismicidad histórica de la zona para definir la intensidad de los fenómenos sísmicos que puedan activar deslizamientos. Lamentablemente no se logró contar con un inventario de sismos ocurridos en la zona de estudio, mismo que permitiría identificar un comportamiento histórico de ocurrencia e intensidad de este fenómeno para determinar estadísticamente su influencia en cuanto a la susceptibilidad a deslizamientos, aunque esto no fue impedimento para considerar esta variable dentro del análisis efectuado en este estudio ya que las fallas geológicas y fisuras no son solamente zonas de debilidad en caso de sismos, sino también cuando se presentan precipitaciones fuertes, principalmente las que se encuentran en zonas más someras. En la zona de estudio, la reclasificación de este factor se realizó de muy alta a muy baja dependiendo de la distancia de incidencia de la falla (Tabla 16), como resultado de este análisis, se puede identificar que la zona sureste es la más susceptible a deslizamientos debido a la presencia de fallas y fisuras en caso de presentarse sismos o precipitaciones intensas (Figura 17). La cobertura vegetal en este caso, y desde el punto de vista del manejo o uso del suelo, conjuntamente con la escorrentía asociada a éste y las especies vegetales en la zona de estudio son esenciales dentro de un análisis de susceptibilidad ya que estos
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pueden favorecer o servir de resistencia a los procesos erosivos y a los deslizamientos. Como se observa en la Figura 11, aproximadamente un 60% del área de estudio se encuentra cubierta por la zona urbana, circundando a esta se encuentra la cobertura vegetal que va desde bosques hasta zonas cultivadas principalmente de maíz. Hacia el norte se evidencia como el proceso erosivo va avanzando en dirección del volcán Pichincha donde muchas de sus laderas muestran que los bosques han sido intervenidos con reforestación que utiliza vegetación propia del lugar con el objetivo de minimizar este proceso. Para realizar este análisis de susceptibilidad se procedió a reclasificar este factor como se muestra en la Tabla 17 siguiendo los parámetros establecidos por la SGR, el resultado obtenido se presenta en la Figura 18. El mapa de reclasificación del factor condicionante cobertura vegetal (Figura 18) muestra pequeñas áreas con susceptibilidad a los deslizamientos de muy baja a media que corresponde a zonas con cobertura vegetal importante, mientras que un alto porcentaje de la zona de estudio presenta susceptibilidades alta y muy alta, lo que favorece notablemente a los deslizamientos principalmente si se tienen factores desencadenantes como en el caso de la precipitación, debido principalmente por la humedad y más aún por la saturación del terreno. El termino humedad se emplea ampliamente ya que éste implica las diferentes interacciones del ciclo hidrológico y no solamente la precipitación, aunque generalmente las variaciones de humedad en el tiempo están básicamente ligadas a la lluvia. Las precipitaciones al influenciar directamente en los deslizamientos, son el factor desencadenante fundamental a ser tomado en cuenta en este tipo de análisis. De acuerdo con la literatura, la zona de estudio presenta dos estaciones lluviosas comprendidas de febrero a mayo y de octubre a noviembre por lo que estos periodos son críticos, adicionalmente como se puede observar en la Figura 4 la precipitación promedio anual no es constante en la zona, evidenciándose que hacia el sur oeste esta incrementa notablemente.
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Para continuar con este análisis, se realizó la reclasificación de este factor como se presenta en la Tabla 18, según los rangos establecidos por la SGR y modificados según los datos obtenidos de la zona de estudio. El mapa de reclasificación del factor condicionante precipitación resultante (Figura 19), muestra que hacia el noreste de la zona de estudio el factor precipitación va de muy bajo a medio, mientras que al suroeste las precipitaciones son mayores, este mapa tiene relación directa sobre la cobertura vegetal ya que esta es la que recibe los mayores impactos de factor detonante lluvia. Una vez que fueron obtenidos los mapas reclasificados de los factores condicionantes: Pendiente, litología, fallas geológicas, vegetación, hidrología y desencadenante como es el caso de la precipitación, se procedió a efectuar una ponderación de variables con el objetivo de dar a cada uno de estos un peso de acuerdo con su influencia en la ocurrencia de deslizamientos, según lo establecido por la SGR con pequeñas modificaciones de acuerdo a los factores utilizados en la metodología desarrollada en el presente estudio. En el mapa resultante de la ponderación de los factores antes mencionados que corresponde al de susceptibilidad a los deslizamientos (Figura 20), se puede observar que las zonas de mayor extensión son las correspondientes a los niveles de susceptibilidad media a muy alta con un 60% del total del área de estudio. El 40% restante corresponde a susceptibilidad muy baja a baja, esta zona se encuentra mayormente hacía el norte de la zona urbana, esto se debe principalmente a los factores y las ponderaciones descritas anteriormente. Hacia la parte oeste de la zona de estudio que corresponde a las laderas del volcán Pichincha, se encuentra la mayor susceptibilidad a deslizamientos así como al sur y centro este de la ciudad. Al centro y noreste se observa que la susceptibilidad es de muy baja a baja que corresponde al área urbana. El mapa de susceptibilidad a deslizamientos, constituye una primera fase, necesaria para evaluar el grado de susceptibilidad a la remoción en masa de la formación geológica superficial y suelos generados por factores hidrometeorológicos, sísmicos o una combinación de éstos. Este mapa presenta una evaluación general del peligro por deslizamientos, con el fin de satisfacer las necesidades diagnósticas o de referencia para orientar la 78
investigación y los estudios detallados acerca de la susceptibilidad del terreno a presentar movimientos de tierra en la zona de estudio. Adicionalmente, este mapa es una síntesis generalizada a escala 1:50,000, por lo que debe considerarse como una cartografía analítica general destinada a mostrar el predominio de susceptibilidad para la ciudad de Quito. En ese sentido, la clasificación de susceptibilidad muy alta, alta, moderada, baja y muy baja, es una primera clasificación y debe ser evaluada a escalas más detalladas para tomar decisiones respecto del uso o las medidas de mitigación. La actividad antrópica al incidir directamente en el incremento a la susceptibilidad a los deslizamientos es un factor fundamental a considerar en este estudio ya que por ejemplo: diversas actividades tales como son los cortes y rellenos a lo largo de las carreteras, deforestación o cortes al pie de una ladera, comúnmente generan alteraciones en las pendientes y cambios en las condiciones del nivel freático, incrementando la susceptibilidad a los deslizamientos. De acuerdo a los datos analizados de los censos poblacionales de los últimos 24 años (Tabla 7) se puede evidenciar un acelerado incremento de la población en este periodo y de acuerdo con la Tabla 9 se estima que el incremento de población para el año 2015 será de un 11% respecto al del último censo del año 2010. Esto significa que la población buscará ubicarse a las afueras de la ciudad produciendo una ampliación del límite urbano, como lo señala el INEC, 2014 en cuanto a la tendencia de crecimiento de la ciudad entre los años 2001 y 2010, donde se evidencia que este crecimiento se concentra hacia las periferias. Esta tendencia de crecimiento urbano da como resultado que este factor condicionante a los deslizamientos se extienda anualmente, lo que incrementa continuamente la susceptibilidad hacia estas zonas que por lo general se encuentran hacia las laderas que rodean a la ciudad que en si son zonas vulnerables. En la Figura 13 se observa cómo se encuentra la distribución de la zona urbana y las vías de comunicación externas, donde la ubicación de estas se concentra en las estribaciones del volcán Pichincha por la actividad agropecuaria que se desarrolla mayoritariamente en el área.
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Continuando con el desarrollo del presente análisis, se procedió a reclasificar la actividad antrópica como se muestra en la Tabla 20, tomando en consideración las vías de comunicación (Figura 21) y la zona urbana (Figura 22) En los mapas de reclasificación del factor actividad antrópica, zona urbana (Figura 22), y reclasificación del factor actividad antrópica, vías externas (Figura 21), puede notarse que la actividad antrópica considerando la zona urbana y las vías externas tienen una extensión aproximada de 80% del área total de la zona de estudio. Finalmente, se procedió a ponderar el mapa de susceptibilidad (Figura 20) dándole un peso de 60% y a los mapas de reclasificación de la actividad antrópica, zona urbana (Figura 22) y vías externas (Figura 21), con un peso de 40%. Estos pesos están en función de la influencia de los factores condicionantes y desencadenantes que intervienen en el análisis de susceptibilidad a deslizamientos y principalmente tratando de no subestimarlos. Como resultado de la combinación del mapa de susceptibilidad y los mapas de reclasificación de la actividad antrópica, zona urbana y vías externas, se obtuvo el mapa de zonificación de la amenaza por los deslizamientos para el área de estudio, correspondiente a la Figura 23, donde se puede identificar que hay un 70% de amenaza a deslizamientos que va de media a muy alta, concentrada principalmente hacia el sur, oeste y centro este de la zona de estudio. El 30% correspondiente a muy baja y baja amenaza a deslizamientos se presenta al noreste de la zona urbana mayormente, al centro oeste, sur oeste y parte del centro este que corresponden a las laderas que rodean a la ciudad, esto se debe principalmente a que estas zonas no representan amenaza directa para la población por la poca o nula concentración de ésta en estas áreas. El mapa de amenaza a los deslizamientos representado en la Figura 23, necesita ser verificado con datos de campo, debido a que no se pudo utilizar una metodología que involucrara un inventario de deslizamientos. Esta información debe ser utilizada cuidadosamente, aunque como se puede observar, ofrece una idea clara de las zonas donde la susceptibilidad a los deslizamientos es mayor con relación al núcleo poblacional. La determinación de esta zonificación se realizó, según lo explicado anteriormente, mediante la ponderación de las variables que intervienen en la ocurrencia de un
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deslizamiento. Posteriormente, se clasificó en cinco grados de susceptibilidad: Muy baja, baja, media, alta y muy alta. El mapa de amenaza a los deslizamientos resultante de la metodología propuesta da una clara idea de las zonas de amenaza de baja a alta, aunque no es lo suficientemente sustentado ya que no se puede contar con un mapa de deslizamientos previos para poder medir el ajuste del mismo. Sin embargo, este mapa es una herramienta de referencia para que los actores del desarrollo y de las emergencias, tengan una referencia territorial y puedan orientar de mejor manera sus esfuerzos. En lo que respecta a la cuantificación de la población expuesta a la amenaza por deslizamientos, inicialmente se procedió a realizar el análisis a partir del mapa de amenaza por deslizamientos en la Figura 23, donde puede observarse que la ciudad de Quito hacia el norte se encuentra en una zona de amenaza baja a media a excepción de la parte oeste que va de alta a muy alta amenaza, sector que corresponde a las estribaciones del volcán Pichincha. El sur de la ciudad se encuentra en una zona de alta a muy alta amenaza a los deslizamientos, siendo la zona de mayor riesgo por los asentamientos humanos localizados sobre áreas de susceptibilidad muy alta. La cuantificación de la población expuesta a la amenaza de acuerdo a los datos obtenidos del INEC de la proyección poblacional y el mapa resultante estima que aproximadamente 214,717 habitantes se encuentran en una zona de alta y muy alta amenaza a los deslizamientos, que son los que se encuentran localizados hacia el sur, al oeste en la estribaciones del volcán Pichincha y hacia el centro este, que generalmente son asentamientos humanos ubicados en los límites de la zona urbana que conjugan además varios parámetros como son fuerte pendientes, alta densidad de drenajes, litología débil, presencia de fallas geológicas y fisuras, escasa o pobre cobertura vegetal, además de mayor pluviosidad durante el año.
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5. CONCLUSIONES
El uso del SIG en la zonificación en la amenaza por deslizamientos en la ciudad de Quito, es de gran utilidad en las tareas de la gestión de riesgos como en el caso de la toma de decisiones para prevenir y mitigar el riesgo de deslizamientos. La metodología planteada en el presente trabajo (método heurístico), como cualquier modelo matemático, implica un cierto nivel de incertidumbres y posibles fuentes de error en los resultados, debido principalmente a que es un método cualitativo y a deficiencias en las fuentes de datos. El método estadístico bivariante aplicado en este tipo de estudios es una técnica más apropiada. Sin embargo, en este caso de estudio la principal limitación fue la falta de información de un inventario de deslizamientos. De haber contado con más tiempo para la realización del presente estudio, se hubiese podido elaborar un inventario de deslizamientos y realizar su verificación en campo para su validación. El factor condicionante: Pendientes, muestra que aproximadamente el 40% del área de estudio tiene un relieve suave con pendientes entre 0 a 5° y el resto del área se caracteriza por pendientes fuertes, principalmente al oeste de la ciudad. El factor condicionante: Red hidrográfica, impacta directamente a lo largo de las estribaciones del volcán Pichincha, mientras que la microcuenca del río Machángara tiene una incidencia directa en la ciudad al atravesarla en dirección: Suroeste – noreste. El factor condicionante: Geología, al estar intrínsecamente relacionado con la ciudad debido a que ésta se encuentra sobre litología con características de alta a muy alta susceptibilidad a deslizamientos, constituye una amenaza sobre la población.
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De presentarse movimientos sísmicos, la zona sureste de la ciudad sería la más afectada por la densidad de fallas geológicas de la zona. La zona de estudio muestra que un 80% de su área es de escasa cobertura vegetal mostrando un alto grado de susceptibilidad de presentarse condiciones desfavorables como es el caso de altas precipitaciones, que mayormente se presentan al sur de la ciudad. El mapa de susceptibilidad a los deslizamientos, resultante de la ponderación de los factores condicionantes y desencadenantes, presenta zonas con niveles de susceptibilidad media a muy alta obteniéndose que un 60% del total del área de estudio está conformada por la parte oeste de las laderas del volcán Pichincha así como el sur y este de la ciudad. El 40% restante corresponde a susceptibilidad muy baja a baja que corresponden mayormente hacía el norte de la ciudad. Al combinar la actividad antrópica y el mapa de susceptibilidad, se obtuvo el mapa de zonificación de la amenaza por deslizamientos para el área de estudio, donde se puede observar que la ciudad de Quito hacia el norte, se encuentra en una zona de amenaza baja a media, la parte oeste va de alta a muy alta amenaza por deslizamientos, sector que corresponde a las estribaciones del volcán Pichincha, mientras que el sur de la ciudad se encuentra en una zona de alta a muy alta amenaza siendo la zona de mayor riesgo por los asentamientos humanos localizados sobre áreas de susceptibilidad alta a muy alta a los deslizamientos. No se ha podido hacer una validación de los resultados obtenidos al no contar con el tiempo suficiente para realizar visitas de campo. A pesar de lo expuesto anteriormente, el mapa resultante es un buen indicativo de zonas de amenaza, por lo que se puede recomendar la prohibición de la construcción de viviendas en las zonas de media, alta y muy alta susceptibilidad al deslizamiento que se encuentran principalmente hacia las zonas sur y oeste de la ciudad. Se debe considerar que un cambio del uso conlleva un cambio en la susceptibilidad al deslizamiento. Por lo tanto, cualquier actuación conlleva una variación de susceptibilidad en la zona, en la mayoría de los casos aumentándola. Las áreas clasificadas como de amenaza muy alta, alta y moderada deben ser sujetas a un estudio más detallado, con el objeto conocer de forma pormenorizada las propiedades del terreno y los factores de cambio que probablemente influyen en la 83
estabilidad de unos sectores y la inestabilidad de otros. Esta microzonificaciรณn de estudios, debe llevarse a cabo a escalas de 1:10,000, 1:5,000 o mรกs detalladas, las cuales deben ser aptas para la implementaciรณn de proyectos de desarrollo, conforme al volumen de inversiรณn y su grado de importancia social. De los resultados obtenidos se pudo estimar que 214,718 habitantes estรกn expuestos a la amenaza que corresponden aproximadamente al 8% de la poblaciรณn total de la ciudad de Quito, por lo que se debe tomar en cuenta, esta parte de la poblaciรณn con el fin de tomar decisiones informadas orientadas a la mitigaciรณn del riego. Por lo expuesto anteriormente se puede concluir que a pesar de las complicaciones encontradas durante el desarrollo del presente trabajo, se logrรณ cumplir con los objetivos planteados, respondiendo a las preguntas de investigaciรณn propuestas y asรญ se confirmรณ la hipรณtesis.
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6. RECOMENDACIONES
Para la construcción de viviendas en zonas de baja y muy baja susceptibilidad, se recomienda hacer estudios complementarios y obras de mitigación, debido a que estas zonas pueden verse afectadas por el alcance de los materiales provenientes de las zonas de alta o susceptibilidad media. Otras zonas pueden estar cercanas o dentro de cauces fluviales, razón por la cual, aunque la susceptibilidad al deslizamiento de estas zonas sea baja o muy baja, también pueden verse afectadas por inundaciones o flujos de lodo o detritos. Se debe priorizar la declaración de las zonas de alta susceptibilidad a deslizamientos como zonas de protección o reserva ecológica, por parte de las autoridades, con el fin de evitar la localización de asentamientos. Se recomienda que cada actividad que conlleve el cambio de uso de suelo tenga las autorizaciones que las competencias institucionales y del territorio enmarcan. Principalmente aquellas que tienen injerencia con el Ministerio de Ambiente, Recursos Naturales y Gestión de Riesgos. Es recomendable alimentar la base de datos de las instituciones públicas encargadas del manejo de esta información con el fin de contar con información que permita calibrar los resultados de estudios como este. La implementación de sistemas de monitoreo y control en tiempo real de los deslizamientos activos del Ecuador es fundamental. Es necesario establecer políticas, directrices y lineamientos para actualizar los estudios realizados y proponer nuevas investigaciones referidas a los deslizamientos.
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Es necesario integrar los esfuerzos realizados por las instituciones para desarrollar estudios e investigaciones en temas de interés común para evitar la duplicación de esfuerzos. Se deberían compartir experiencias, estudios, modelos y capacidades en la región, relacionada con deslizamientos. Las autoridades deberían realizar acciones para disminuir o intervenir en los factores que causan los deslizamientos, por ejemplo manejo de laderas, control de aguas pluviales en centros urbanos, ejecución de algún programa de reforestación en zonas de media a alta susceptibilidad a deslizamientos, etc.
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